Гидрогеология СССР, глава 4

Термальные воды как комплексное полезное ископаемое могут быть использованы: 1) для теплоснабжения (отопление и горячее водоснаб-жение), а в отдельных случаях и получения электроэнергии; 2) в лечебных целях; 3) как источник получения ценных химических продуктов; 4) для различных технологических нужд (сушка, мойка и т. п.). Не во всех районах распространения термальные воды могут быть использо-ваны по всем перечисленным направлениям. Чаще всего они применяются в лечебных целях и в этих случаях должны рассматриваться как минеральные. Выше было отмечено, что потребности в минеральных во-дах чаще всего сравнительно невелики.

В тех случаях, когда термальные воды используются в качестве хи-мического сырья, они рассматриваются как промышленные воды. В на-стоящем разделе рассмотрим в основном возможность использования термальных вод по первому из выделенных направлений.

Общие сведения, распространение термальных вод

К термальным водам относятся подземные воды, имеющие температуру от 20~ С и выше.

Эта температурная граница может служить разделом между менее подвижными (вязкими) холодными водами и более подвижными (ме-нее вязкими) термальными водами.

Для практических целей можно принять классификацию подземных вод по температурному признаку, приведенную в табл. 33.

Таблица 33

Классификация подземных вод по температурному признаку

В дальнейшем изложении мы будем пользоваться приведенной в табл. 33 классификацией. Следует отметить, что термальные воды (т. е. воды с температурой от 20 до 100~ С) в пласте и при выходе на поверхность земли находятся в жидкой фазе, тогда как перегретые воды (т. е. воды, нагретые до температуры сыше 100~ С) в термодинамиче-ских условиях пласта находятся, как правило, в жидкой фазе, а при вы-ведении их на поверхность дают пароводяные смеси и пары. Изотерми-ческая поверхность в 20~ С в зависимости от геотермических условий верхних частей земной коры залегает на различных глубинах - от 200 - 300 м на юге Советского Союза (например, в пределах Скифской плиты) до 1200 - 1500 м в области развития многолетнемерзлых пород (напри-мер, на севере Сибирской платформы).

Охарактеризуем основные закономерности распространения тер-мальных вод в пределах СССР. В результате проведенных в последние годы организациями Министерства геологии СССР и Академии наук СССР гидрогеотермических исследований установлено, что термальные воды распространены в геолого-структурных областях двух типов - платформенных и складчатых.

В пределах платформенных областей развиты пластово-поровые и пластово-трещинные термальные воды, в складчатых областях - тре-щинно-жильные воды (только в межгорных впадинах термальные воды приобретают пластово-трещинный или пластово-поровый характер).

Краткая характеристика закономерностей распространения тер-мальных вод дается в укрупненном плане, применительно в основном к схеме гидрогеологического районирования, приведенной в гл. I на-стоящей работы. Исключение составляют районы Скифской платфор-менной области (Западно-Крымский, Азово-Кубанский и Восточно-Предкавказский), которые по принятому районированию отнесены к Крымско-Кавказской складчатой области, но при характеристике термальных вод рассматриваются как отдельная платформенная об-ласть. Кроме того, при описании Восточно-Европейской платформенной области рассматривается ряд примыкающих к ней артезианских бас-сейнов, относящихся к Тимано-Уральской гидрогеологической складча-той области.

Наибольшую площадь термальные воды занимают в пределах Западно-Сибирской платформенной артезианской области, где они развиты в трех основных водоносных комплексах мезозоя.: апт-сеноманском, неокомском и юраком; практический интерес представляют первые два. В апт-сеноманском комплексе, распростра-ненном почти на всей площади бассейна и залегающем на глубине от 200 до 1300 м (при мощности, изменяющейся от 100 до 800 м, реже бо-лее), заключены термальные воды, имеющие температуру в пластовых условиях от 20 до 60~ С. При вскрытии скважинами эти воды дают са-моизлив с температурой на устье 35 - 45~ С, редко более; напоры вод на большей площади бассейна превышают поверхность земли на 20 - 40 м. Минерализация и состав вод изменяются в направлении с юга на север (от областей питания к областям стока): от азотных в основном: гидрокарбонатных натриевых с минерализацией до 1 ,г/л на юге (Кол-пашево, Купино, Ипатово и др.) до метановых хлоридных натриевых с минерализацией до 10 - 15 г/л на севере (Тара, Викулово, Сургут и др.). Расходы скважин при самоизливе достигают 5 - 15 л/с, редко более.

По данным испытания нефтеразведочных скважин, скважин на пресные, термальные, минеральные и йодные воды, водопроводимость во-доносных пород комплекса изменяется от 20 до 200 м2/сут, причем на-ибольшая ее величина отмечается в полосе, протягивающейся от Ку-пино через Тару на Сургут, т. е. в центральной.части бассейна, где ком-плекс имеет наибольшую мощность.

Неокомский водоносный комплекс развит почти на той же площади, что и аптсеноманский; он залегает на глубинах от 300 до 1800 м, реже более, имеет мощность от 200 до 1000 м. Комплекс заключает термаль-ные воды, имеющие в пластовых условиях температуру от 20 до 95~ С. При вскрытии скважинами воды самоизливаются, избыточные напоры превышают поверхность земли на 20 - 60 м. В ряде скважин при дли-тельном самоизливе температура воды достигает 65 - 70~, редко более (Колпашево, Омск, Тобольск и др.).

В неокомском водоносном комплексе, как и в апт-сеноманском ми-нерализация термальной воды увеличивается с юга на север в направлении общего потока подземных вод глубоких горизонтов бассейна: от 1 - 3 г/л на юге и востоке (Ипатово, Колпашево и др.) до 15 - 25 г/л на севере (Омск, Тобольск, Тара, Сургут и др.). Состав вод также изме-няется от азотного гидрокарбонатного натриевого до метанового хло-ридного натриевого. К этому комплексу в центральных частях бассейна приурочены нефтегазоносные залежи и йодные воды. Коллекторские свойства пород неокома непостоянны вследствие изменчивости литоло-гического состава и мощности водовмещающих пород. Дебиты скважин при самоизливе изменяются от 5 до 10 л/с, редко более. Водопроводи-мость пород, по данным испытания скважин, пройденных при разведке нефтяных месторождений, термальных, минеральных и йодных вод, ко-леблется от 20 до 60 м2/сут, в отдельных случаях повышаясь до 80 - 100 м2/сут. Почти во всей центральной части бассейна водоносный комплекс имеет водопроводимость 40 - 60 м2/сут, лишь в Ханты-Мансий-ском районе вследствие преобладания среди пород комплекса глини-стых разностей этот показатель снижается до 10 - 20 м2/сут и более.

Юрский водоносный комплекс, залегающий на складчатом фунда-менте, имеет изменчивую мощность - от 100 до 1000 м и более. Наи-большая глубина залегания отмечается в центральных частях бассейна где она часто превышает 2500 м. Температура вод в пластовых усло-виях достигает 100 - 150~ С в более погруженных северных частях бас-сейна, но при вскрытии их скважинами редко составляет на устье 65 - 70~С (Омск).

Почти на всей площади развития юрский комплекс заключает мета-новые хлоридные натриевые термальные воды, минерализация которых изменяется от 5 - 10 г/л на периферии до 50 г/л, редко более в центре. Вскрываемые скважинами термальные воды комплекса самоизлива-ются с небольшими расходами, обычно менее 5 л/с. На ряде участков не удается вызвать самоизлив вследствие плохих коллекторских свойств пород комплекса, обусловливающих слабый водоприток к скважинам.

На территории Скифской платформенной области развиты разновозрастные водоносные комплексы с термальной водой. В ее западной причерноморской части термальные воды приурочены к песчано-глинистым отложениям палеогена, карбонатным и терриген-ным породам мела и юры, причем юрский водоносный комплекс распро-странен лишь на юге Молдавии (Преддобруджинский прогиб). Залега-ют термальные воды на глубине от 300 - 500 до 3000 м (в Преддобруд-жинском прогибе несколько глубже). В палеогеновом и верхнемеловом комплексах содержатся солоноватые и соленые термальные воды. На-поры вод не всегда достигают поверхности земли. Водообильность пород незначительная и скважины самоизливают с расходами от 1 - 3 л/с до долей литра в секунду. В нижнемеловои и юрском водоносных ком-плексах содержатся в.основном рассольные хлоридные натриевые тер-мальные воды. Напоры вод местами не достигают поверхности земли, а дебиты скважин редко превышают 1 л/с. Вследствие плохих фильтра-ционных свойств коллекторов, сказывающихся на дебитах скважин, температура вод, поднятых на поверхность, редко превышает 30 - 40~ С, хотя в условиях пласта температура достигает 70 - 90~ С.

В равнинном Крыму термальные воды содержатся в водоносных комплексах миоцена, палеогена, верхнего и нижнего мела и юры, разви-той только в предгорной части. Миоценовый комплекс содержит слабо-термальные солоноватые воды; при опробовании дебиты скважин обыч-но небольшие. В карбонатных и терригенных отложениях палеогена заключены в основном соленые хлоридные натриевые воды. В централь-ных частях Крыма из скважин обычно самоизливается слаботермальная вода с дебитами до 1 л/с; на Тарханкуте в зоне дислокаций дебит скважин местами повышается до 15 л/с, а температура воды достигает 60~ С и более (Глебовская площадь).

Верхне- и нижнемеловые водоносные комплексы, сложенные карбо-натными и терригенными отложениями мощностью до 800 - 1000 м, рас-пространены на всей площади равнинного Крыма, прослеживаясь и се-вернее его. В этих отложениях заключены термальные воды от солоно-ватых на юге (Саки, Евпатория) до рассольных на севере (Геническ). При вскрытии скважинами эти воды самоизливаются, дебиты скважины при самоизливе колеблются от 1 до 10 л/с, местами увеличиваясь до 20 л/с, а температура на устье изменяется от 30 - 40~ С (Саки, Евпа-тория) до 60 - 70~ С (Тарханкут, Геническ). Водопроводимость моло-вых пород, определенная по данным опробования скважин водозабора Саки - Евпатория и нефтеразведочных скважин, достигает в верхнеме-ловом комплексе 30 м2/сут, в нижнемеловом 40 м2/сут.

В юрском водоносном комплексе вскрываются слаботермальные (до 40~ С) солоноватые воды, при самоизливе которых дебит скважин изменяется от 2 до 10 л/с, реже более.

В пределах восточных районов Скифской артезианской области распространены в основном те же водоносные комплексы с термальной водой, что и в ее западных районах.

Неогеновые водоносные комплексы с термальной водой (в основ-ном акчагыл-апшеронский, чокрак-караганский) развиты в пределах Азово-Кубанского и Восточно-Предкавказского артезианских бассейнов. Сложены они песчано-глинистыми и в меньшей степени карбонатными породами, имеют значительную мощность (до 500 - 1000 м каждый) и содержат термальные воды от пресных до соленых, в наиболее погру-женных частях (3500 - 4000 м) до слаборассольных (Караман). На-поры вод превышают поверхность земли на 20 - 100 м, реже более. Скважины самоизливают с дебитами от 5 до 20 л/с, а температура воды на устье достигает 50 - 70~С (Махачкала), местами увеличивается до 90 - 100~С (Кизляр, Ханкала). Особенно водообильны чокрак-караган-ские водоносные горизонты в пределах Дагестана и Чечено-Ингуше-тии. Здесь водопроводимость чокракских и караганоких отложений до-стигает 150 - 200 м2/сут и более (Махачкала, Избербаш, район Гроз-ного и др.).

Палеогеновые водоносные комплексы (хадум-майкопский и палео-цен-эоценовый) развиты повсеместно и содержат термальные воды от солоноватых (на юге) до слаборассольных (центральные районы Пред-кавказья), преимущественно метановые хлоридные натриевые. При вскрытии скважинами воды самоизливаются с расходами от 5 до 15л/с, температурой на изливе до 90~С (Георгиевск, Черный рынок и др.).

Верхнемеловой и нижнемеловой водоносные комплексы, вскрывае-мые на глубине 1000 - 2000 м и более, на большей площади развития содержат соленые и рассольные метановые хлоридные натриевые тер-мальные воды; скважины при самоизливе вод имеют расходы в преде-лах 5 - 15 л/с, причем дебиты уменьшаются в направлении с юга на-север. На юге, в полосе, протягивающейся вдоль предгорий, распростра-нены термальные воды от пресных до солоноватых и соленых. Темпе-ратура воды на устье колеблется от 50 - 80~ С в южных районах при-глубине горизонта 1000 - 2500 м (Черкесск, Нальчик) до 100~ С и не-сколько более в центральных районах при глубине 2500 - 3.000 м (При-кумск, станица Прасковейская), Водопроводимость коллекторов мело-вых комплексов редко превышает 100 м2/сут, обычно значительно мень-ше (20 - 60 м2/сут).

В терригенно-карбонатных соленосных отложениях юры заключены рассольные (до 160 г/л и более) метановые хлоридные натриевые термальные воды, имеющие на юге избыточные напоры до 100 - 150 м и более; в северном Прикаспии напоры снижаются до уровня земли. Расходы скважин при самоизливе в том же направлении уменьшаются от 15 до 1 л/с, температура воды при самоизливе обычно не превы-шает 40 - 60~ С.

Следует отметить, что в Предкавказском районе отложения от нео-гена до юры являются нефтегазоносными.

В Туранекой платформенной артезианской об-ласти термальные воды приурочены в основном к мезозойским кар-бонатным и терригенным отложениям, в верхней юре - соленосным породам.

В Сырдарьинском артезианском бассейне, в северной части Чуй-ского бассейна, в бассейнах Кызылкумской зоны поднятий и Бухаро-Каршинском гидрогеологическом районе развиты в основном пресные и солоноватые воды, заключенные в альб-сеноманском водоносном ком-плексе, залегающем на глубине от 500 до 2000 м. Из скважин, вскрываю-щих эти воды, происходит самоизлив воды с расходами от 2 до 15 л/с, редко более, с температурой воды на устье от 40 до 60~ С и несколько выше. Примерно такие же гидрогеотермические условия наблюдаются на п-ове Мангышлак, на участках, примыкающих с севера и юга к го-рам Каратау.

Во всех перечисленных районах водопроводимость коллекторов мелового водоносного комплекса колеблется от 20 до 100 м2/сут, ме-стами больше, чаще изменяется в пределах 30 - 60 м2/сут.

На остальной площади Туранской области в меловых отложениях развиты соленые и рассольные термальные воды с небольшими расхо-дами и температурой на изливе, редко превышающей 50 - 60~ С.

В юрском водоносном комплексе заключены термальные воды от рассольных до крепких рассолов (до 350 г/л и более). Высокая мине-лизация вод вызывает быструю закупорку устьев скважин выпадаю-щими солями из самоизливающихся вод.

Отмечается следующая общая закономерность: в западной части Туранской артезианской области (к западу от Аральского моря) в во-доносных комплексах мезозоя содержатся главным образом соленые и рассольные термальные воды, с которыми контактируют газовые и неф-тяные залежи; в восточной части области распространены в основном пресные и солоноватые термальные воды, газовые и нефтяные залежи отсутствуют.

В системах артезианских бассейнов Восточно-Европейской и Во-сточногСибирской гидрогеологических платформенных областей тер-мальные воды относятся к рассольным (вплоть до крепких рассолов) и, как правило, при вскрытии не самоизливаются. При откачке дебиты скважин очень низкие (до 1 - 2 л/с) при значительных понижениях.

На площади Восточно-Европейской плаформенной артезианской области термальные воды распространены по-всеместно, за исключением ее западной части, где вследствие неболь-шой мощности осадочного чехла термальные воды не встречены.

На большой площади артезианской области основным водоносным комплексом с термальной водой является девонский, сложенный терри-генно-карбонатной соленреной толщей. В нем заключены воды с мине-рализацией от 100 до 250 г/л и более, температурой на глубине пласта до 60~ С. В вышележащих каменноугольных отложениях заключены слаботермальные рассолы. Пермский водосносный комплекс, развитый в пределах Печорской, Каспийской, Днепровско-Донецкой впадин, Пред-уральского прогиба, содержит рассольные термальные воды.

На севере Печорской системы бассейнов, в Балтийско-Польском и Каспийском артезианских бассейнах развиты термальные соленые и рассольные воды в мезозойских отложениях (от триаса до мела). Во всех перечисленных районах из-за плохих фильтрационных свойств во-довмещающих пород дебиты скважин при откачках не превышают 1 - 2 л/с, обычно они меньше. Вследствие этого полученная рассольная во-да почти нигде не имеет температуру более 40~ С, хотя местами и под-нимает с глубин, (превышающих 2500 м. На большей глубине темпера-тура воды в ряде районов достигает 75 - 85~ С (Нарьян-Мар, глубина 3500 м; Доброгостов, г. Долина, глубина 2500 - 3000 м; Новоузенская разведочная площадь, глубина 2700 - 3000 м и др.).

На илощади Восточно-Сибирской платформенной ар-тезианской области основная масса термальных вод приурочена к соленосным кембрийским отложениям. Воды относятся к рассольным (минерализация до 350 - 450 г/л), как травило, при вскрытии скважина-ми не самоизливаются, и вследствие плохих фильтрационных свойств по-род дебиты скважин при откачках незначительные (доли литра в секун-ду), при понижениях, достигающих десятки метров. На глубине 2500 - 3000 im температура в пластовых условиях достигает 50 - 75~ С. В юрских и меловых отложениях восточной части Якутского артезианского бассей-на (Вилюйская синеклиза и прилежащий к ней Приверхоянский прогиб) термальные воды, вскрытые скважинами, слабо самоизливаются, при этом дебиты скважин составляют 1 - 2 л/с. Минерализация вод изме-няется от 20 до 90 г/л. На глубине пласта температура достигает 75 - 85~ С (Усть-Вилюйские скважины, глубина 2550 - 2850).

Перейдем к характеристике термальных вод, распространенных в разновозрастных гидрогеологических складчатых областях. Среди них выделяются интенсивной термальной деятельностью Камчатский и Ку-рильский районы современного вулканизма, относимые к области кай-нозойской (камчатской) складчатости.

В Камчатском гидрогеологическом районе наи-более крупные термальные источники и пароводяные струи сосредото-чены в пределах Восточно-Камчатского поднятия, где находятся все действующие вулканы Камчатского полуострова. Все термальные ис-точники связаны с крупными зонами разломов, рассекающих толщи вулканогенно-осадочных пород.

Температура воды наиболее крупных источников колеблется от 60 до 100~ С, а дебиты их от 10 до 30 л/с (Пара/Цунские, Киреунские, Апапельские, Малкинские, Двухъюрточные и др.). Минерализация воды источников чаще менее 1 г/л, состав от гидрокарбонатно-сульфатного до хлоридного натриевого с содержанием кремнекислоты до 80 - 100 мг/л. Парогидротермы в естественных выходах имеют температуру 100~ С и несколько более (Паужетские, Жировские, Узонские, Семя-чинские и др.), состав их хлоридный натриевый, минерализация 3 - 5 г/л. При вскрытии скважинами температура пароводяных смесей уве-личивается до 150 - 200~ С (Паужетские, Бол. Банные).

На Курильских островах наибольшее практическое значе-ние имеют парогидротермы, выходы которых связаны с крупными зо-нами разломов (Горячий Пляж и др.). Эти парогидротермы по тем-пературе, составу и минерализации сходны с камчатскими.

Крупные термальные источники встречены в Корякско-Камчат-ском поднятии, где они связаны с крупными тектоническими наруше-ниями (Олюторский, Тымлатский, Паланский, Панкратовский, Ру-саковский источники). Температура источников достигает 40 - 95~С, дебиты 15 - 50 л/с, редко более. По составу и минерализации они близки к источникам Восточно-Камчатского поднятия.

Межгорные артезианские бассейны (Западно- и Центрально-Кам-чатский, Анадырский, Пенжинский и др.) в гидрогеотермическом отно-шении почти не изучены и о термальных водах этих бассейнов судить в настоящее время трудно. По данным редкой сети нефтеразведочных скважин, здесь можно встретить слаботермальные воды.

К кайнозойской складчатости относится складчатая структура С а-халинской гидрогеологической области, где в межгор-ных артезианских бассейнах, выполненных палеогеновыми и неогено-выми терригенными отложениями, распространены термальные воды, вскрываемые глубокими нефтеразведочными скважинами. Основными водоносными комплексами с термальной водой являются миоценовые и плиоценовый комплексы. Мощность песчаниковых горизонтов в этих комплексах изменяется от десятков метров до 100 м и более.

В наиболее крупном Северо-Сахалинском и связанным с ним Па-ронайском артезианских бассейнах развиты гидрокарбонатные и хло-ридные натриевые термальные воды с минерализацией от 1 до 20 г/л, местами более. В скважинах глубиной 2700 - 3300 м температура вод в пластовых условиях достигает 100~ С и более, а при самоизливе на устье она составляет 50 - 70~ С, при этом дебиты скважин равны 3 - 5 л/с.

Водопроводимость пород по отдельным комплексам колеблется от 20 до 60 м2/сут, редко больше.

К кайнозойской (альпийской) гидрогеологической складчатой об-ласти относятся структуры, протянувшиеся вдоль южных границ стра-ны (от Карпат до Памира): Карпатская и Крымско-Кавказская, Ко-петдаг-Большебалханская и Памирская гидрогеологические складча-тые области.

В Карпатской области термальные воды вскрываются скважинами в Мукачевоком и Солотовинском межгорных бассейнах, выполненных миоценовыми терригенными соленосными отложениями. В связи с этим здесь преобладают соленые и рассольные хлоридные натриевые тер-мальные воды, расходы которых при самоизливе редко превышают 1 л/с, а температура 35~ (Вышково, Залуж и др.). В мегантиклинории Карпат термальные воды не встречены.

В Горном Крыму термальные воды в практически значимых коли-чествах также отсутствуют. Из Ялтинской скважины с глубины 1300 м, вскрывшей сланцы таврической свиты, произошел самоизлив рассоль-ной хлоридной натриевой воды с температурой до 27~ С, дебит скважи-ны составлял 0,2 л/с.

В пределах Большого Кавказа термальные источники выходят вдоль тектонических нарушений и обычно имеют температуру от 20 до 50~ С, дебиты их не превышают 1 - 2 л/с, а минерализация воды чаще всего бывает не более 1 г/л. По составу вода источников гидрокарбо-натно-сульфатная натриевая и лишь местами хлоридная натриевая с минерализацией до 5 г/л (Кармадон, Горячий Ключ).

На Малом Кавказе развиты в основном углекислые воды, с темпе-ратурой от 20 до 50~ С, лишь источники Джермука и Исти-Су имеют температуру 65 - 70~ С. По составу вода в основном гидрокарбонатная натриевая. Дебиты источников небольшие, но при разбуривании участ-ков их выхода суммарный дебит скважин доходит до 15 л/с (Бор-жоми, Джермук, Анкаван и др.).

В Аджаро-Триалетской гидрогеологической складчатой зоне и в Талыше имеются азотные и азотно-метановые хлоридные натриевые (Массалинские, Ленкоранские, Астаринские источники) и хлоридно-ги-дрокарбонатно-сульфатные натриевые (Тбилисские источники) термы. Минерализация вод от 1 до 20 г/л. При вскрытии скважинами воды самоизливаются с расходами от 5 до 30 л/с и более; температура воды составляет 40 - 65~ С. К Малому Кавказу тяготеют Нахичеванский и Араратский межгорные артезианские бассейны, выполн-енные миоцено-выми соленрсными, в основном глинистыми, отложениями с тонкими песчаными слоями. Нефтеразведочные скважины глубиной до 2500 - 3300 м вскрывают соленые и рассольные термальные воды, расходы ко-торых при самоизливе, как правило, не превышают 1 л/с.

В межгорном Восточно- Причерноморском (Рион-ском) артезианском бассейне основным водоносным ком-плексом с термальной водой является неокомский, сложенный карбо-натными породами, залегающими на глубине от 1000 до 2500 м и более. Глубокими скважинами (2000 - 3200 м), пробуренными в северной ча-сти. Рионского бассейна, выводятся на поверхность земли пресные суль-фатно-хлоридные (и гидрокарбонатные) натриевые высокотермальные воды с температурой на изливе от 70 до 100~ С и расходами от 10 до 50 л/с (Менджи, Зугдиди), редко до 80 л/с (Охурей). В Мегрельской зоне тектонических нарушений скважины глубиной 800 - 1000 м вскры-вают воды с температурой до 80~ С, напорами до. 80 - 150 м выше поверх-ности земли, дебитами при самоизливе до 40 л/с (Цаиши, Накалакеви).

В юго-западной части этого бассейна минерализация вод из нижне-мелового комплекса увеличивается до 3 - 20 г/л и более, состав изме-няется на хлоридный натриевый, дебиты скважин не превышают 15 л/с, температура воды на изливе 80~ С (Челадиди, Квалони). В восточной части бассейна нижнемеловой водоносный комплекс залегает на глу-бине 500 - 1500 м, и скважинами на дневную поверхность выводятся со-лоноватые воды с температурой до 45~ С, дебитами 3 - 7 л/с (Квибиси, Квемо-Симонети, Аргвети и др.). Водопроводимость пород нижнемело-вого водоносного комплекса колеблется от 20 до 300 м2/сут, местами более.

В остальных водоносных комплексах (юрском, верхнемеловом, па-леогеоновом, неогеновых) заключены минерализованные термальные воды (в соленосном юрском вплоть до рассолов); коллекторские свой-ства пород значительно хуже, чем у нижнемелового комплекса, поэтому расходы скважин при самоизливе обычно не превышают 3 - 5 л/с.

В Курииском межгорном артезианском бассейне, также входящем в Кавказский район, термальные воды на доступных глубинах заключены в третичных терригенных отложениях. На большей площади распространения эти отложения содержат соленые и рассоль-ные воды, при вскрытии самоизливающиеся с небольшим расходом. Ос-новным водоносным комплексом счтермальной водой на востоке бас-сейна является плиоценовый (продуктивная толща), с которым свя-заны все нефтяные и газовые месторождения Азербайджана. Лишь в юго-западной части Куринского бассейна (Кировобадская зона) выяв-лены пресные и солоноватые термальные воды в апшеронском и акча-гульском водоносных комплексах. В майкопском водоносном комплексе здесь содержатся соленые воды с минерализацией до 20 г/л. Скважины глубиной от 600 до 2500 м выводят самоизливающиеся воды с расхо-дами до 10 л/с, редко более (Барда, Мир-Башир и др.). Температура воды на устье скважин колеблется от 30 до 65~ С. Водопроводимость по-род изменяется от 20 - 30 м2/сут (майкопский комплекс) до 40 - 80 м2/сут (апшеронский комплекс).

В 3ападно-Туркменском межгорном артезиан-ском бассейне развиты водоносные комплексы с термальной водой в апшеронских, акчагыльских и красноцветных отложениях. Основной водоносный комплекс приурочен к красноцветной песчано-глинистои толще мощностью до 1500 - 2000 м. К ней приурочены основные нефтяные месторождения района. Термальные воды, вскрываемые на глубине от 100 до 4000 м, рассольные (до 200 г/л и более), при самоизливе име-ют температуру до 50 - 80~ С и дебиты до 20 л/с, реже более.

В гидрогеологической складчатой зоне Копет-Дага, прилежащей к Западно-Туркменскому бассейну, термальные воды выходят на по-верхность земли в виде источников вдоль разлома, ограничивающего северный фас Копет-Дага (Арчман, Коу и др.). Воды источников прес- ные и слабосолоноватые, хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатные нат-риевые, температура до 35~ С; дебиты источников колеблются от 50 до 150 л/с.

Район Памира входит в область альпийской складчатости. Здесь в глубоких ущельях по крупным зонам разлома, секущим дислоциро-ванные древние изверженные и метаморфические породы, выходят тер-мальные источники, чаще всего с пресной водой, нагретой до 60 - 72~ С. Среди этих источников выделяются две группы: азотные, которые встре-чаются в центральной и юго-восточной частях района, и углекислые, расположенные главным образом в юго-западной его части. Расходы источников от 2 до 15 л/с (Джиландинский, Яшкульский, Иссык-Бу-лакский, Гарм-Чашминский, Лянгарокий и др.).

Состав воды азотных источников преимущественно сульфатно-ги-дрокарбонатный натриевый, углекислых - гидрокарбонатный натрие-вый (и натриево-кальциевый).

В области мезозойской складчатости отмечаются выходы термаль-ных источников. В ряде артезианских бассейнов, приуроченных к меж-горным впадинам, скважинами вскрываются термальные воды с не-значительными дебитами. Расположена эта область на востоке нашей страны, протягиваясь от Северного Ледовитого океана до Японского моря и отделяясь от гидрогеологической области кайнозойской (кам-чатской) складчатости мощным Чукотско-Катазиатским вулканоген-ным поясом, который рассматривается как наложенная структура, воз-никшая в позднемезозойское время. К этому поясу также приурочены выходы термальных источников, сходных по составу с источниками об-ласти мезозойской складчатости. Наиболее мощными из терм этого обширного района являются источники Чукотского полуострова в В е р-хояно-Чукотской гидрогеологической складчатой области, имеющие температуру до 60 - 80~ С и расходы от 5 до 70 л/с (Чаплинский, Сенявинский, Мечигменский, Кукуньский и др.). Состав воды всех чукотских источников хлоридный натриевый, минерализация изменяется от 1,5 до 40 г/л.

В Охотском секторе вулканогенного пояса известен ряд источников с температурой воды от 40 до 90~ С (Таватумский, Мотыклейский, Бе-ренджинский, Тальский). Наиболее нагреты воды Тальского источника (90~С). Суммарный расход двух скважин, пройденных в пределах ис-точника, достигает 10 л/с. Другие источники имеют расходы, близкие к указанному.

В Приморском секторе вулканогенного пояса, принадлежащего Сихотэ-Алинс-кой гидрогеологической области, имеются редкие азотные термы, нагретые до 30 - 55~ С (Анненские, Тумнинские, Ван-Гоусские), с расходами от 1,5 до 7 л/с. Состав их в основном гидрокар-бонатный натриевый, Минерализация воды менее 1 г/л. Межгорные бас-сейны (Олойский, Зырянский), приуроченные к Колымскому массиву, в гидрогеотермическом отношении совершенно не изучены. Межгорные впадины Сихотэ-Алинской гидрогеологической складчатой области (Суйфунекая, Приханкайская, Средне-Амурская) и приуроченные к ним артезианские бассейны выполнены значительно. литифицирован-ными и дислоцированными меловыми породами, перекрытыми сверху относительно маломощным чехлом рыхлых кайнозойских отложений. Глубина до фундамента впадин редко достигает 2000 м. По.данным не-многочисленных глубоких скважин (до 1100 - 1250 м) отмечены очень слабые водопритоки пресных и солоноватых вод. Темепратура воды на забоях глубоких скважин не превышала 35~ С.

Термальные воды широко распространены в обширной гидрогеоло-гической складчатой области герцинид Азиатского пояса, протягиваю-щегося в пределах Советского Союза от западных отрогов Тянь-Шаня до Алтая и от Забайкалья до Охотского побережья.

Наибольшее число термальных источников отмечено в Т я н ь -Шаньской складчатой области, выходы их связаны с крупны-ми зонами разломов. Температура воды в этих источниках изменяется от 30 до 90~ С, дебиты родников - от 3 до 50 л/с (Ходжа-Оби-Гарм, Оби-Гарм, Иссык-Ата, Ак-Су, Алма-Арасан и др.). Минерализация вод, как правило, не превышает 1 г/л, состав сульфатно-хлоридный натриевый, лишь в единичных источниках отмечается хлоридный натриевый состав и минерализация от 3 до 13 г/л (Джеты-Огуз, Явроз).

К Тянь-Шаньской гидрогеологической области приурочен ряд сложно построенных межгорных бассейнов, наиболее крупными из них являются Южно-Таджикский, Ферганский и Илийский. В первом тер-мальные воды в основном заключены в палеогеновой и меловой соле-носных терригенно-карбонатных толщах. Неогеновые отложения, сло-женные красноцветными в основном глинистыми отложениями, в осе-вых частях Сурхан-Дарьинской, Кафирниганской, Вахшской и Куляб-ской синклиналей имеют мощность до 4000 м, содержат маломощные водоносные горизонты с соленой водой. В юрских соленосных породах заключены рассольные воды. Основной разведуемый комплекс здесь палеогеновый, мощность его достигает 400 м. Скважины, пройденные до глубины 2000 м, вывели на земную поверхность из палеогеновых пород самоизливающиеся воды с температурой 25 - 50~ С и расходами 2 - 15 л/с, реже более. В краевых частях структур минерализация тер-мальных вод колеблется от 5 до 50 г/л, увеличиваясь с погружением пород до 200 г/л и более. По составу воды метаново-азотные и метано-вые хлоридные натриевые. Примерно такую же температуру и состав имеют воды, которые выводятся скважинами из мелового водоносного комплекса общей мощностью до 900 м. В Душанбинском районе мине-рализация вод обычно не превышает 10 г/л, а дебиты скважин три са-моизливе достигают 10 - 15 л/с при температуре воды на устье, равной 40 - 60~ С; на юге бассейна воды рассольные.

В Ферганском бассейне в неогеновых, палеогеновых, меловых и юрских отложениях на большей площади их распространения заключе-ны соленые и рассольные термальные воды, которые выводятся глубо-кими (от 1200 до 3800 м) скажинами. Воды самоизливающиеся, с тем-пературой на изливе 40 - 70~ С, расходами 1 - 5 л/с (в неогеновом гори-зонте до 15 л/с), лишь в краевых частях бассейна в отдельных струк-турах, в зонах тектонических нарушений дебиты скважин при самоиз-ливе достигают до 30 л/с, воды солоноватые с температурой 35 - 40~ С (юрский комплекс, Джалал-Абад).

В Илийоком артезианском бассейне (Джаркентская часть) мезо-зойские отложения (от триаса до мела) содержат термальные воды, са-моизливающиеся с расходом до 30 - 75 л/с, с температурой от 50 до 95~ С. Глубина вскрытия этих вод колеблется от 1200 до 2700 м. Воды пресные и слабосолоноватые, от гидрокарбонатных до хлоридных нат-риевых.

В Алма-Атинской части Илийского бассейна скважины глубиной до 3100 м вскрывают в неогеновых и палеогеновых отложениях слабоводообильные прослойки с термальной водой от пресной до рассольной (до 55 г/л в Алма-Атинской скважине).

В Иссык-Кульском бассейне к палеогеновым и неогеновым отложе-ниям приурочены соленые и рассольные термальные воды. Опробова-ние глубоких скважин показало различную водообильность пород.

Балхаш-Алакульский и Зайсанский межгорные артезианские бас-сейны имеют сравнительно небольшую (около 1.000 - 1500 м) глубину до фундамента (в Ферганском и Таджикском - до 8 - 10 км, в Илий-ском - 4 - 6 км). В неогеновых и палеогеновых отложениях, выполняю-щих эти бассейны, вскрываются пресные и солоноватые термальные воды. В Балхаш-Алакульском бассейне расходы самоизливающихся скважин достигают 10 л/с, а температура воды на изливе 30 - 50~ С. В Зайсанском бассейне водообильность пород незначительная. Меловые и юрские отложения, наличие которых можно предполагать в указан-ных бассейнах, скважинами не вскрыты и степень их водоносности не-известна.

В гидрогеологических складчатых областях За-байкалья и Приамурья имеется ряд термальных источников, нагретых до 45 - 70~ С (Кыринский, Былыринский, Альский, Тырмин-ский, Кульдурский). Дебиты источников обычно не превышают 5 л/с. Выведенные двумя скважинами термальные воды на Кульдурском ме-сторождении имеют температуру 72 - 73~ С, суммарный расход до 22 л/с. Вода источников пресная азотная, от гидрокабонатного до гидрокарбо-натно-хлоридно-сульфатного натриевого состава.

В многочисленных межгорных артезианских бассейнах этого рай-юна, выполненных террйгенными и вулканогенными отложениями юры, мела и кайнозоя и имеющих структуру грабенов, гидрогеотермические условия изучены очень слабо. Судя по данным испытания скважин глу-биной до 2800 м, пройденных в наиболее крупном по размерам Зейско-Буреинском бассейне, дебит скважин, вскрывших меловые породы, ока-зался ничтожно малым, равным десятым и сотым долям метра в секун-ду. Температура воды на глубине 2500 - 2800 м не превышала 75~ С, минерализация увеличивалась от 1,4 г/л на глубине 750 м до 2,5 г/л на тлубине 2000 м. По составу воды гидрокарбонатно-хлоридные натрие-вые. Такие же коллекторские свойства пород можно ожидать и в других межгорных артезианских бассейнах, сходных по типу слагающих их пород с Зейско-Буреинским артезианским бассейном.

Гидрогеологическая область Байкальской рифто-вой зоны представляет собой одну из крупнейших рифтовых зон мира. Она включает систему грабенов, заложенных в неогене и продолжав-ших развиваться в четвертичное время. К ним приурочен ряд артези-анских бассейнов. Грабены ограничены системой молодых разломов, с, которыми связаны выходы многочисленных термальных источников (до 60 источников). Температура воды источников колеблется от 20 до -82~ С, расходы - от 1 до 85 л/с, минерализация редко достигает 1 г/л. Химический состав воды изменяется от гидрокарбонатно-сульфатного до сульфатно-хлоридного натриевого. Наиболее крупными и нагретыми источниками являются Могойский, Аллинский, Баунтовский, Хакусский, Питателевский, Котельниковский, Умхейский, Гаргинский, Горячинский и др.

К Селенгинскому, Тункинскому, Баргузинскому и другим межгор-ным артезианским бассейнам, в основном выполненным террйгенными отложениями неогена, приурочены пресные и солоноватые термальные воды. В Селенгинском бассейне из скважин с глубины 1800 - 2900 м самоизливались воды с дебитами до 3 л/с и температурой на устье 50 - 75~С. В Тункинском бассейне в зоне тектонического нарушения из сква-

жины с глубины 750 - 900 м получен самоизлив воды в количестве 2 - 8 л/с с температурой на устье 38 - 41~ С, с глубины 1500 - 1900 м расход при самоизливе уменьшился до 0,6 л/с. В Баргузинском бассейне из скважины с глубины 900 м дебит при самоизливе вод был небольшим, а температура составляла 22~ С.

В Саян о -Алтай с к о - Е ни сей с к ой гидрогеологиче-ской складчатой области в районе Западного и Восточного Саян, относящихся к области каледонской складчатости, имеется ряд азотных и углекислых термальных источников, выходящих вдоль круп-ных тектонических нарушений. Температура воды азотных источников наиболее высокая - от 40 до 83~ С (Тейрыс, Абаканский, Уш-Белдыр-ский), расходы - от 1 до 12 л/с. Последняя цифра относится к наиболее нагретому Уш-Белдырскому источнику, каптированному несколькими скважинами. Вода пресная, сульфатно-гидрокарбонатная натриевая.. Углекислые источники (Изиг-Суг, Хойто-Гол и др.) расположены вблизи четвертичного вулкана, температура воды от 30 до 42~ С, рас-ход до 17 л/с, минерализация до 2,5 г/л, по составу воды относятся к гидрокарбонатным натриевым.

На Алтае известно всего три термальных источника, самый круп-ный из них Белокурихинский. Скважинами глубиной до 525 м здесь выведены термальные воды с температурой до 42~ С, с суммарным де-битом скважин до 12 л/с. Воды пресные, сульфатно-гидрокарбонатные натриевые.

Межгорные бассейны Саяно-Алтайско-Енисейской области (Ми-нусинский, Тувинский, Рыбинский, Кузнецкий) выполнены в основном отложениями девона, карбона и перми (Тувинский, кроме того, поро-дами силура), содержат главным образом рассольные хлоридные нат-риевые термальные воды с минерализацией до 250 - 320 г/л; только к карбоновым.и нижнепермским отложениям Кузнецкого бассейна приурочены соленые воды. Опробование нефтеразведочных скважин глубиной до 2900 м показало низкие коллекторские свойства пород (в основном опробовались средне- и верхнедевонские водосодержа-щие отложения Минусинского бассейна и карбоновые с пермскими - в Кузнецком бассейне), вследствие чего расходы скважин при откач-ках достигали всего 0,5 - 1 л/с при понижениях уровня в несколько десятков метров. Наибольшая температура воды (80 - 82~ С) была от-мечена на глубине 2800 - 2850 м.

Прогнозные эксплуатационные ресурсы термальных вод

В соответствии с приведенной выше краткой характеристикой рас-пространения термальных вод на территории Советского Союза наме-чены перспективные районы (рис. 4), где термальные воды могут найти практическое применение, а в пределах этих районов выделены основ-ные водоносные комплексы с термальной водой и подсчитаны эксплуа-тационные ресурсы этих вод.

При выделении перспективных районов принимались во внимание следующие гидрогеотермические показатели: глубина залегания основ-ных водоносных комплексов с термальной водой, коллекторские свой-ства пород, температура, минерализация и состав воды. Кроме того, учитывались технико-экономические показатели, которые позволяют оценить экономическую эффективность использования термальных вод в народном хозяйстве.

Известно, что для использования термальных вод в качестве ис-точника тепловой энергии термальные воды должны обладать значительными эксплуатационными ресурсами (десятки и сот-ни литров в секунду), при этом чем ниже температура воды, тем большее количество ее требуется для покры-тия определенных тепловых нагрузок. При оценке пер-спектив использования термальных вод следует учиты-вать, что при строительстве геотермальных установок значительная доля капитальных затрат падает на буро-вые работы.

Наиболее перспективными следует считать те райо-ны, где наиболее высокий геотермический градиент, что позволяет вскрывать воды с достаточно высокой темпе-ратурой на сравнительно небольших глубинах, термаль-ные воды при вскрытии их скважинами дают самоизлив с достаточно большими дебитами и по составу и минера-лизации пригодны для эксплуатации.

Рис. 4. Карта перспектив использования термальных вод СССР. Составил Б. Ф. Маврицкий.

Перспективные районы использования термальных вод от пресных до соленых с температурой от 40 до 120~ С: 1 - в мезозойских отложениях артезианских бассейнов; 2 - то же, в отложениях мезозоя и кайнозоя; 3 - то же, в отложениях кайнозоя; 4 - районы с ограниченной перспективой использования термальных вод (с низкими тем-пературами - 20 - 40~ С или с рассольным характером минерализации высоконагретых вод); б - бесперспективные районы; 6 - районы с отсутствием термальных вод в оса-дочном чехле бассейнов. Перспективные районы использования термальных вод трещинных систем: 7 - современного вулканизма (температура 40 - 200~ С); 8 - вне райо-нов современного вулканизма (температура 40 - 100~ С). Районы: 9 - с ограниченными перспективами использования; 10 - бесперспективные; И - с невыясненными перспек-тивами: а - В пластовых системах, 6 - в трещинных системах. Площади с возможной производительностью водозаборов (в л/с): 12 - до 50; 13 - 50 - 100; 14 - 100 - 200; 15 - 200 - 300; 16 - более 300. Границы: 17 - районов с различной перспективностью; 18 - площадей с самоизливающимися водами; 19 - развития многолетнемерзлых по-род. Сплошные тонкие линии - геолого-структурные границы

Следует подчеркнуть, что наибольшие величины гео-термического градиента свойственны платформенным артезианским областям и межгорным артезианским бас-сейнам, выполненным мезо-кайнозойскими отложения-ми. В пределах этих структур геотермический градиент достигает 3~С на 100 м; а часто и более. Для платфор-менных артезианских областей и межгорных бассейнов, выполненных палеозойскими отложениями, величина геотермического градиента не выше 2,5~ С на 100 м, ча-сто меньше.

Таким образом, в пределах платформенных артези-анских областей и межгорных артезианских бассейнов перспективными следует считать районы, где величина геотермического градиента близка к 3~С на 100 м или больше 3~С на 100 м. Обычно в этих районах термаль-ные воды при вскрытии скважинами самоизливаются, в то время как в пределах древних платформ самоизлива не наблюдается.

При подсчете эксплуатационных ресурсов учитыва-лись термальные воды с минерализацией не выше 35 г/л.

Только после накопления достаточного опыта приме-нения минерализованных термальных вод будет начата эксплуатация месторождений с рассольными водами.

Приведенные выше соображения касались в основ-ном термальных вод пластового типа. Из числа районов, где развиты термальные воды трещинно-жильного типа, к перспективным следует отнести те, что характеризуют-ся интенсивными термопроявлениями, связанными с тек-тоническими движениями альпийского этапа.

Таким образом, среди перспективных районов по ус-ловиям залегания и циркуляции термальных вод выде-ляются две группы:

1) районы, расположенные в гидрогеологических складчатых областях, испытавших интенсивное воздей-ствие новейших тектонических движений и связанных с ними явлений вулканизма. Здесь термальные воды име-ют локальное развитие и относятся к трещинно-жильно-му типу;

2) районы эпипалеозойских платформенных артезианских обла-стей и межгорных артезианских бассейнов, выполненных мезо-кайно-зойскими осадками, с площадным распространением пластово-поровых и пластово-трещинных термальных вод.

К перспективным районам первой группы относятся районы со-временного вулканизма Камчатской и Курильской гидрогеологических складчатых областей, гидрогеологические складчатые области Тянь-Шаня, Байкала, Памира, Чукотско-Катазиатского вулканогенного по-яса и некоторые другие.

Из числа перспективных районов второй группы можно выделить следующие: на Западно-Сибирской платформенной артезианской об-ласти площади развития термальных вод к югу от 60~ с. ш. и особенно южнее Транссибирской железной дороги; на Туранской платформен-ной артезианской области - Бухаро-Каршинский гидрогеологический район, Сырдарьинский бассейн, систему бассейнов Кызылкумской-.зоны поднятий, отдельные участки в Мангышлакском и Устюртском райо-нах; на Скифской платформенной артезианской области - районы рав-нинной части Крыма и Предкавказья. Среди межгорных бассейнов сле-дует выделить Восточно-Черноморский (Рионский), отдельные участки Куринского, Ферганского и Таджикского бассейнов, Джаркентский, Се-ленгинский, Тункинский бассейны, артезианские бассейны о. Сахалина и некоторые другие.

В платформенных артезианских областях месторождения термаль-ных вод имеют столь большие размеры (тысячи и десятки тысяч квад-ратных километров), что в их пределах могут быть выделены эк-сплуатационные участки, характеризующиеся определенным геолого-структурным строением, гидрогеологическими условиями и технико-эко-номическими показателями. В некоторых районах из-за недостаточной их гидрогеотермической изученности трудно установить точные гра-ницы месторождений термальных вод. Это связано также с очень по-степенным изменением качественных показателей термальных вод и глубин их залегания (например, на площади Западно-Сибирской плат-форменной артезианской области).

В гидрогеологических складчатых областях месторождения тре-щинно-жильных термальных вод имеют четко выраженные границы и по размерам редко превышают 1 км2. Лишь некоторые месторождения в районах современного вулканизма занимают площади в несколько квадратных километров.

Типизация месторождений термальных вод по геолого-структур-ному признаку с учетом источников формирования их эксплуатцион-ных ресурсов приведена в гл. I. В этой типизации были выделены ме-сторождения артезианских бассейнов платформенного типа, межгор-ных впадин и месторождения кристаллических массивов складчатых областей, районов современного вулканизма. При этом два первых типа представляют пластовые, а два последних - трещинно-жильные место-рождения. Выявленные общие закономерности распространения и усло-вий залегания термальных вод на территории СССР позволяют по-дойти к разработке ряда более дробных типизации по параметрам, оп-ределяющим целесообразность освоения месторождений. К таким по-казателям относятся глубина, условия залегания, температура тер-мальных вод, возможные расходы водозаборов, минерализация вод, положение статического уровня.

По температуре все месторождения могут быть подразделены на слаботермальные (20 - 50~ С), термальные и высокотермальные (50 - 100~С) и с перегретыми водами (более 100~С).

По дебитам водозаборов месторождения могут быть подразделены на малодебитные (менее 50 л/с), среднедебитные (50 - 100 л/с) и высоко-дебитные (свыше 100 л/с). При этом для месторождений трещинно-жильного типа эти расходы будут соответствовать возможным эксплу-атационным запасам всего месторождения при самоизливе воды; на месторождениях пластового типа указанные величины соответствуют расходам стандартных водозаборов, расположенных на площади 25 км2, состоящих из пяти скважин, при понижении динамического уровня до 100 м ниже поверхности земли и расчетном сроке эксплуатации 10 тыс. сут.

По минерализации воды выделяются месторождения пресных вод (до 1 г/л), солоноватых (1 - 10 г/л) и соленых (10 - 35 г/л). Месторож-дения с рассольными термальными водами, как отмечено выше, отно-сятся к забалансовым.

По характеру самоизлива вод месторождения могут быть самоиз-ливающиеся не газирующие, самоизливающиеся газирущие и дающие из скважин извержение пароводяной смеси.

Наконец, по глубине залегания термальных вод месторождения мо-гут быть подразделены на ряд категорий. В пределах артезианских бас-сейнов платформенных и складчатых гидрогеологических областей можно выделить месторождения с водоносными комплексами, зале-гающими относительно неглубоко (до 1500 м), глубоко (от 1500 до 2500 - 3000 м) и на предельно допустимых по гидрогеотермическим и технико-экономическим показателям глубинах (от 2500 - 3000 до 3500 м). На месторождениях трещинно-жильного типа в гидрогеологи-ческих складчатых областях глубина залегания обычно колеблется от 150 до 200 м, реже до 300 м, в районах современного вулканизма она составляет до 500 м, реже больше.

Следует подчеркнуть, что наиболее распространенными месторожде-ниями как пластового, так и трещинно-жильного типов являются слабо-термальные и термальные. Месторождения с перегретыми водами (тем-пература воды свыше 100~ С) имеют практическое значение в основном в районах современного вулканизма (Камчатка, Курильские острова) и относятся к трещйнно-жильному типу. Месторождения с перегретыми водами пластового типа встречаются редко, лишь в пределах Предкав-казья и Рионской впадины. На таких месторождениях, как Кизлярское, Очемчирское, Прасковейское (на последнем минерализация вод намного превышает 35 г/л), скважинами глубокой свыше 3000 м выводятся воды и пароводяные смеси с температурой от 100 до 115~ С, редко до 120~ G.

Для определения практического значения термальных вод в народ-ном хозяйстве важно иметь представление об общих эксплуатационных ресурсах термальных вод и запасах тепла, заключенных в этих водах, в пределах выделенных перспективных районов.

Особенности методики региональной оценки эксплуатационных ре-сурсов термальных вод рассмотрены в гл.1. Результаты оценки ресур-сов перспективных районов в артезианских бассейнах платформенных и складчатых областей приведены в табл. 34.

К настоящему времени не для всех перечисленных районов удалось получить достаточно полные и надежные данные о прогнозных запасах термальных вод. Это объясняется главным образом неодинаковой изу-ченностью и неравномерной разбуренностью отдельных районов. Для ряда участков оказалось недостаточно фактических данных о коллектор-ских свойствах водоносных комплексов, по ним приняты расчетные вели-чины водопроводимости и пьезопроводности по аналогии с соседними, более изученными участками, находящимися в сходных геологических и гидрогеологических условиях. При ограниченной информации о гадродинамических параметрах водонапорных систем использованы схематизи-рованные данные. Все это определенным образом отразилось на полно-те и достоверности проведенных расчетов.

Таблица 34

Эксплуатационные ресурсы термальных вод пластового типа по отдельным районам СССР

Примечания: 1. Кроме автора в подсчете прогнозных ресурсов принимали участие Г. К. Антоненко и И. С. Отман. 2. Запасы термальных вод с температурой 40 - 60~ С составляют 195 м3/с, с температурой 60 - 80~ С - 34 м3/с, с температурой 80 - 100~ С - 5 м3/с.

Как видно из табл. 34, выявленные эксплуатационные ресурсы тер-мальных вод месторождений пластового типа составляют около 235 м3/с, при этом более 75% приходится на Западно-Сибирскую артезианскую область. Основным источником формирования эксплуатационных ресур-сов на месторождениях пластового типа являются естественные (упру-гие) запасы, в межторных артезианских бассейнах определенное значе-ние имеют привлеченные естественные ресурсы. Модули эксплуатацион-ных ресурсов в различных перспективных районах изменяются от 0,05 до 0,2 л/с на 1 км2.

Как отмечено выше, эксплуатационные ресурсы термальных вод в горно-складчатых областях, подсчитаны по данным разведочных работ, а там, где поисково-разведочные работы не проводились, они опреде-лены по величине естественной разгрузки термальных вод с учетом коэф-фициента увеличения расходов при разбуривании. Этот коэффициент принимался равным 2 - 3, т. е. минимальным из получаемых на практике при проведении разведочных работ!

Как показали данные разведки многочисленных месторождений тер-мальных вод трещинно-жильного типа, естественная рагрузка этих вод, как правило, во много раз (до 10 - 20 раз и более) меньше запасов тер-мальных вод, которые выявляются пр,и проведении разведочных работ (Горячинок, Кульдур, Исти-Су, Паужетка, Паратунка и многие другие месторождения). Температура воды на глубине выше, чем на выходе источников.

Таблица 35

Эксплуатационные ресурсы термальных вод трещинно-жильного типа по перспективным районам

Данные расчета эксплуатационных ресурсов термальных вод горно-складчатых областей (месторождений трещинно-жильного типа) сведены в табл. 35 (по Камчатке при подсчете ресурсов парогидротерм были ис-пользованы материалы Института вулканологии СО АН СССР). Как следует из этой таблицы, выявленные прогнозные эксплуатационные ре-сурсы термальных вод горно-складчатых областей составляют всего 7 м3/с, а парогидротерм - 5 т/с. Из сопоставления данных табл. 34 и 35 следует, что прогнозные эксплуатационные ресурсы термальных вод пластового типа во много раз превышают ресурсы термальных вод тре-щинно-жильного типа. Это определяет основное практическое значение того и другого типов месторождений и методику проведения геологораз-ведочных работ на термальные воды.

В таблицах 36 и 37 приведены возможные дебиты групповых водо-заборов на месторождениях пластового и трещинно-жильного типов. Эти данные более четко определяют возможные масштабы использова-ния термальных вод для различных целей.

На основе приведенных в табл. 36 данных о возможных расходах водозаборов и температуре воды оценена прогнозная теплопроизводи-тельность водозаборов на месторождениях термальных вод пластового типа. Результаты определений сведены в табл. 38.

Теплопроизводительность месторождений термальных вод трещинно-жильного типа с температурой вод до 100~ С может колебаться от 1 до 70 - 75 Гкал/ч. Таким образом, теплопроизводительность водозабо-ров термальных вод на месторождениях пластового и трещинно-жиль-ного типов в перспективных районах имеет диапазон от 1 до 75 Гкал/ч. Только на месторождениях парогидротерм в районах современного вул-канизма теплопроизводительность водозаборов может составлять сотни гигакалорий в час, и на базе таких месторождений могут работать элек-тростанции мощностью в тысячи и десятки тысяч киловатт.

Выявленные эксплуатационные ресурсы термальных вод имеют различную ценность с точки зрения их практического освоения и могут быть подразделены на две категории: ресурсы первоочередного освоения и ресурсы более отдаленной перспективы освоения.

Первая категория ресурсов должна удовлетворять ряду показателей, из которых основными являются: 1) достаточно высокая водопрово-димость коллекторов (от 30 - 50 м2/сут и более), обеспечивающая высо-кие расходы водозаборов; 2) температура воды на изллве выше 40~ С;

3) относительно невысокая минерализация воды (не более Юг/л);

4) отсутствие или незначительное солеотложение в трубопроводах при эксплуатации; 5) низкая коррозионная активность воды.

Термальные воды, .удовлетворяющие перечисленным показателям, при их практическом использовании, как правило, не будут требовать применения водотеплоойменных устройств и решения специальных во-просов сброса и захоронения отработанных термальных вод, что повысит экономическую эффективность эксплуатации таких вод.

Из общих прогнозных запасов термальных вод, составляющих около 250 м3/с, указанным требованиям удовлетворяют запасы, определяемые в 80 м3/с. Из этого количества более 70 м3/с составляют термальные воды пластового типа, развитые, как правило, на уже обжитых площа-дях или в интенсивно осваиваемых районах.

Примерное распределение запасов первой очереди освоения по от-дельным районам дано в табл. 39.

Из числа указанных в табл. 36 месторождений термальных вод пла-стового типа по возможным расходам водозаборов, температуре воды на изливе и ее минерализации могут быть рекомендованы для первооче-редного освоения месторождения Предкавказья, Очамчирское, Мегрель-ское (Зугдидское). Из числа месторождений трещинно-жильного типа (табл. 37) в первую очередь должны быть освоены наиболее крупные ме-сторождения парогидротерм Камчатки и Курильских островов (Семя-чинско-Узонское, Мутновско-Жировское, Кошелевское, Паужетское, Киреунокое, Горячий Пляж и др.)- Большую практическую ценность имеют и другие месторождения термальных вод трещинно-жильного типа, на-пример Байкальской рифтовой зоны.

В настоящее время ГКЗ СССР по сумме всех категорий утверждены эксплуатационные запасы термальных вод и парогидротерм по 15 место-рождениям и участкам, находящимся в Грузии (семь участков), Север-ном Кавказе (четыре участка), на Камчатке (четыре участка), немногим более 3 м3/с термальных вод и 0,25 т/с парогидротерм. Таким обра-зом, степень изученности выявленных прогнозных ресурсов составляет всего около 1,5%.

На базе разведанных запасов ларогадротерм построена и работает Паужетская ГеоТЭС мощностью до 5 МВт и намечается строительство Южно-Курильской ГеоТЭС. Термальные воды используются для отопле-ния, горячего водоснабжения и хозяйственно-бытовых нужд в ряде горо-дов, сельских поселков, курортов. Термальными водами отапливаются Паратунское, Ханкальское, Тернаирекое; Охурейское и другие теплично-парниковые хозяйства общей площадью свыше 20 га.

Для более широкого применения термальных вод в народном хо-зяйстве требуется широкое развитие геологоразведочных работ. Следует ускорить проведение разведочных работ на Камчатке, где освоение теп-ла, заключенного в термальных водах и парогидротермах, может стать основой энергетики и теплоснабжения этого удаленного района и позво-лит обходиться без привоза дорогостоящего топлива. Разведочные ра-боты должны быть усилены в Предкавказье, в Грузинской ССР, в юж-ных районах Западной Сибири и ряде районов Узбекистана и Казах-стана. В полупустынных районах равнинной части Узбекистана, Ман-гышлака и Устюрта термальные воды уже находят и в дальнейшем най-дут еще большее практическое применение. В этих районах, ощуща-ющих недостаток в питьевой и технической воде, термальные воды по качеству относятся к питьевым или близки к «им, поэтому использова-ние их уменьшит водный дефицит. На базе термальных вод можно орга-низовать горячее водоснабжение, сеть бальнеолечебшщ, построить бани, прачечные, плавательные бассейны, теплично-парниковые хозяйства и др.

Технико-экономические расчеты, выполненные ЦНИИЭП инженер-ного оборудования Госгражданстроя СССР (Локшин, 1969) по ряду ос-ваиваемых объектов (Махач-Кала, Ханкала, Зугдиди, Цаиши, Черкесск, Тобольск и др.), показали достаточно быструю окупаемость капиталь-ных затрат на строительство объектов отопления, горячего водоснабже-ния на базе термальных вод. В зависимости от размеров геотермального объекта годовая прибыль составляет от 100 до 500 тыс. руб., экономятся десятки тысяч тонн угля и миллионы кубических метров водопроводной воды в год. Сроки окупаемости капиталовложений обычно не превы-шают пяти лет. .

Зарубежный и отечественный опыт использования термальных вод показывает, что чем многообразнее и на более совершенном техническом уровне утилизируются все полезные свойства воды, тем выше экономи-ческая эффективность эксплуатации данных месторождений.

Таблица 36

Гидрогеотермическая характеристика типичных месторождений термальных вод пластового типа

* За стандартный принят водозабор площадью 25 км2, состоящий из пяти скважин. Подсчет расходов проведен по формуле большого колодца исходя из условий: расчетное понижение равно избыточному; полюс понижения на 100 м ниже поверхности земли; коэффициент пьезопроводности - 105 м2/сут, расчетный период эксплуата-ции - 10 тыс. сут, радиус большого колодца - 400 м

Таблица З7

Характеристика основных месторождений термальных вод трещинно-жильного типа

* Месторождения разведанные.

** Месторождения разведуемые.

Широкое развитие гелогоразведочных работ на термальные воды диктуется значительными потребностями тепла в пределах вышеуказан-ных перспективных районов. Эти потребности, по данным института «Теплоэлектропроект» и НИИ овощного хозяйства, составляют для ком-мунально-бытовых нужд и сельского хозяйства более 120 млн. Гкал/лод, а к 1980 г. возрастут примерно до 150 млн. Ткал/год. Если принять, что лишь 50% теплового потенциала термальных вод будет полезно использовано, то и в этом случае за счет термальных вод можно покрыть зна-чительную часть указанной потребности в тепле.

Для использования глубинного тепла Земли в промышленных мас-штабах должны быть значительно расширены против современного уровня разведочные работы на выявленных месторождениях термальных вод, отнесенных к категории первоочередного освоения. Одновременно с рас-ширением разведочных работ необходимо планировать строительство объектов теплоснабжения на разведанных запасах термальных вод.

Таблица 38

Возможная теплопроизводительность водозаборов на месторождениях пластового типа

Примечание. При расчетах коэффициент полезного использования тепла принят рав-ным 0,5.

Таблица 39

Распределение по районам прогнозных запасов термальных вод первоочередного освоения

ТЕРМАЛЬНЫЕ ВОДЫ (французским Thermal — тёплый, от греч. therme — тепло, жар* а. thermal water; н. Thermalwasser; ф. eaux thermales, eaux thermominerales; и. aguas termales) — подземные воды с температурой 20°С и более. Температура 20°С условно принята за границу между холодными (менее подвижными) и термальными (более подвижными) водами , поскольку при этой температуре вязкость воды, определяющая её подвижность, составляет 1 сПз (1.10 -3 Па.с). Глубина залегания изотермы 20°С в земной коре зависит от климатической зональности: в районах развития многолетнемёрзлых пород — 1500-2000 м, в субтропиках до 100 м, в зоне тропиков изотерма 20°С выходит на поверхность. В пределах каждой зоны наблюдается рост температуры термальных вод с глубиной, который определяется геолого-структурными особенностями района и связанными с этим гидрогеотермическими условиями. Выделяют четыре типа теплового режима термальных вод: низкий с геотермическим градиентом до 1°С/100 м, плотностью теплового потока 30-40 мВт/м 2 ; умеренный — соответственно 1-2°С/100 м, 40-50 мВт/м 2 ; повышенный — 2-3°С/100 м, 50-60 мВт/м 2 ; высокий — более 3°С/100м, свыше 60 мВт/м 2 . Низкий тепловой режим наблюдается в основном на территории древних щитов и древних складчатых систем, умеренный — в пределах древних артезианских платформенных областей, повышенный — в артезианских областях эпипалеозойских плит и связанных с ними межгорных впадин и прогибов, а также в гидрогеологических районах альпийской складчатости , где развиты системы разрывных тектонических нарушений. Высокий тепловой режим связан с участками артезианских бассейнов (разгрузка термальных вод из глубоких частей бассейнов) и гидрогеологическими складчатыми районами, испытавшими интенсивное неотектоническое воздействие. Наиболее чётко термоаномалии выражены в областях современного вулканизма.

Термальные воды составляют большую часть вод подземной гидросферы . Температура вод на нижней границе земной коры может достигать 500-600°С, а в зонах магматических очагов, где преобладают пары воды и продукты её диссоциации, до 1000-1200°С. В артезианских бассейнах молодых плит на глубине 2000-3000 м скважинами вскрываются воды с температурой 70-100°С и более. В районах древних щитов температура на глубине 5-6 км не превышает 60-70°С. В областях неотектонических нарушений (Альпы, Кавказ , Памир, Гималаи и др.) глубокие термальные воды выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90-100°С, а в районах современного вулканизма — в виде гейзеров и паровых струй. Скважины глубиной 1000-1500 м, пройденные в зоне разгрузки паровых струй, вскрывают пароводяные смеси и пары с температурой до 200-300°С (Паужетское месторождение на Камчатке, Большие гейзеры в , Уайракей в Новой Зеландии, Лардерелло в Италии и др.).

Химический, газовый состав и минерализация термальных вод разнообразны: от пресных и солоноватых гидрокарбонатных, гидрокарбонатно-сульфатных, гидрокарбонатно-хлоридных, кальциевых, натриевых, азотных, углекислых и сероводородных до солёных и рассольных хлоридных натриевых, кальциево-натриевых, азотно-метановых и метановых, местами сероводородных. Рассольные термальные вод генетически связаны с эвапоритами . Для биохимических процессов, протекающих в зоне термальных вод, характерный температурный порог 50°С — начало свёртывания белка, хотя жизнедеятельность некоторых видов бактерий возможна и при больших температурах. На состав термальных вод оказывают влияние процессы регионального эпигенеза , развивающегося в зоне повышенных и высоких температур, когда происходит перекристаллизация породообразующих минералов и протекают активные реакции обмена между нагретыми водными растворами и породой. Повышение температуры с глубиной приводит к освобождению физически связанной воды , увеличению фильтрационной способности горных пород . С термальными водами связаны процессы минералообразования, формирования месторождений (см. Гидротермальные месторождения).

Термальные вод ыслужат объектом добычи и переработки с целью использования в народном хозяйстве. Классификация термальных вод по температуре зависит от их практического применения. В бальнеологии термальные вод подразделяются на тёплые (субтермальные) — 20-35°С, термальные (горячие) — 35-42°С и очень горячие (гипертермальные) — свыше 42°С. В группе термальных вод для теплоэнергетического использования выделяются воды низкопотенциальные с температурой до 70°С, среднепотенциальные- от 70 до 100°С и высокопотенциальные — свыше 100°С (в т.ч. слабоперегретые — 100-150°С, значительно перегретые — 150-250°С и весьма перегретые — 250-375°С). Значительно и весьма перегретые термальные вод используются в основном для выработки электроэнергии. Термальные воды с температурой 70-150°С широко используются для теплоснабжения жилых и производственных зданий, для плавательных бассейнов, обогрева тепличных комбинатов, в технологических целях. На базе месторождений термальных вод функционируют многих крупные курорты, имеющие мировое значение. К ним относятся Кавказские

Скважины, где добываются минеральные воды, составляют отдельную группу источников подземных вод. Минеральная вода отличается повышенным содержанием активных элементов минерального происхождения и особыми свойствами, обусловливающими их лечебное воздействие на человеческий организм. Минеральные воды Крыма различны по солевому (ионному) у. газовому составу: некоторые из них термальные -- теплые и горячие (термы). Они представляют значительный интерес как в научном, так и в практическом отношении. Воды могут быть использованы в качестве питьевых лечебных вод и в бальнеологических целях. Однако пока они используются еще в малой степени. По геолого-структурным условиям и составу присутствующих в недрах Крымского полуострова минеральных к термальных вод выделены три крупные гидрогеологические области:

А. Гидроминеральная складчатая область горного Крыма с преимущественным развитием сульфатных и хлоридных, частью термальных (в глубине) минеральных вод, газирующих азотом, в подчиненном значении метаном, сероводородом и редко углекислотой.

Б. Керченская гидроминеральная область распространения сероводородных, азотных и метановых холодных вод в третичных и нижележащих отложениях (в отдельных источниках содержится углекислота).

В. Гидроминеральная область равнинного Крыма сероводородных, азотных, метановых и смешанного газового состава солоноватых и соленых вод, холодных в верхних и термальных в глубоких частях артезианских бассейнов.

Термальные и гипертермальные (с температурой свыше 400 С) воды залегают в регионах с активной подземной вулканической деятельностью. Термальные воды используются в качестве теплоносителя для систем отопления жилых домов и промышленных зданий и на геотермальных электростанциях. Отличительной особенностью термальных вод считается повышенное содержание минералов и насыщенность газами.

Термальные воды выходят на поверхность в виде многочисленных горячих источников (температура до 50-90 °С), а в районах современного вулканизма проявляют себя в виде гейзеров и паровых струй (здесь скважинами на глубине 500-1000 м вскрываются воды с температурой 150-250 °С), дающих при выходе на поверхность пароводяные смеси и пары (Паужетка на Камчатке, Большие Гейзеры в США, Уайракей в Новая Зеландии, Лардерелло в Италии, гейзеры в Исландии и др.).

Химический, газовый состав и минерализация Термальные воды разнообразны: от пресных и солоноватых гидрокарбонатных и гидрокарбонатно-сульфатных, кальциевых, натриевых, азотных, углекислых и сероводородных до солёных и рассольных хлоридных, натриевых и кальциево-натриевых, азотно-метановых и метановых, местами сероводородных.

Издавна Термальные воды находили применение в лечебных целях (римские, тбилисские термы). В СССР пресные азотные термы, богатые кремнекислотой, используют известные курорты - Белокуриха на Алтае, Кульдур в Хабаровском крае и др. ; углекислые Термальные воды- курорты Кавказских Минеральных Вод (Пятигорск, Железноводск, Ессентуки), сероводородные - курорт Сочи-Мацеста. В бальнеологии Термальные воды подразделяют на тёплые (субтермальные) 20-37 °С, термальные 37-42 °С и гипертермальные св. 42 °С.

В районах современного и недавнего вулканизма в Италии, Исландии, Мексике, СССР, США, Японии работает ряд электростанций, использующих перегретые Термальные воды с температурой свыше 100 °С. В СССР и др. странах (Болгария, Венгрия, Исландия, Новая Зеландия, США) Термальные воды применяют также для теплоснабжения жилых и производств. зданий, обогрева теплично-парниковых комбинатов, плавательных бассейнов и в технологических целях (Рейкьявик полностью обогревается теплом Термальные воды). В СССР организовано теплоснабжение микрорайонов гг. Кизляра, Махачкалы, Зугдиди, Тбилиси, Черкесска; обогреваются теплично-парниковые комбинаты на Камчатке, Кавказе. В теплоснабжении Термальные воды делятся на слаботермальные 20-50 °С, термальные 50-75 °С. высокотермальные 75-100 °С.

Промышленные - воды, содержащие некоторые компоненты в концентрациях, позволяющих их извлекать для промышленных целей. Залегают они на глубинах более 500м, занимают небольшие площади. Для них характерны йод, бром, бор, литий, германий, медь, цинк, алюминий и вольфрам.

Минеральные - воды, оказывают благотворное физиологическое влияние на человеческий организм в силу общей минерализации, ионного состава, содержания газов и активных компонентов. Их минерализация превышающей 1 г/л (солоноватые – до 10 г/л, соленые – 10-35 г/л, рассолы – свыше 35 г/л). Встречаются лечебные воды с минерализацией до 1 г/л с высоким содержанием специфических биологически активных компонентов. Минеральные воды делят на холодные (до 20С), теплые (20-37С), термальные (37-42С), горячие (свыше 42С). Они делятся также на железистые, мышьяковистые, сероводородные, углекислые, радоновые, йодные, бромные. Провинции углекислых вод приурочены к областям альпийской складчатости (Кавказ, Памир, Камчатка и др.), хлоридных – к глубоким частям крупных артезианских бассейнов.

2.8 Физические свойства и химический состав подземных вод

Простейшую формулу Н 2 О имеет молекула парообразной влаги – гидроль; молекула воды в жидком состоянии (Н 2 О) 2 дигидроль; в твердом состоянии (Н 2 О) 3 –тригидроль.

Изучение физических свойств и химического состава подземных вод необходимо для оценки их качества для питьевых и промышленно-хозяйственных целей, выяснения условий питания, происхождения, и при выборе материала для крепления горных выработок и подборе шахтного оборудования.

Основные физические свойства подземных вод - температура, прозрачность, цвет, запах, плотность, радиоактивность.

Температура подземных вод изменяется в широких пределах: в областях вечной мерзлоты она до -6С, в районах вулканической деятельности – более 100С.

По температуре воды делятся на весьма холодные – до +4С; холодные – 4-20С; теплые – 20-37С; горячие –37-42С; весьма горячие – 42-100С. Температура воды сильно влияет на скорость протекания физико-химических процессов.

Температура неглубоко залегающих подземных вод +5 - +15С, глубоко погруженных вод артезианских бассейнов - +40- +50С; на глубине 3-4 км вскрыты воды с температурой более 150С.

Прозрачность воды зависит от наличия минеральных солей, механических примесей, коллоидов и органических веществ. Подземные воды прозрачные, если в слое 30 см не содержат взвешенных частиц.

Цвет вод зависит от химического состава и наличия примесей. Обычно подземные воды бесцветны. Жесткие воды имеют голубоватый оттенок, закисные соли железа и сероводород придают воде зеленовато-голубую окраску, органические гуминовые кислоты окрашивают воду в желтый цвет, а воды, содержащие соединения марганца – черные.

Запах подземных вод отсутствует. Специфический запах может быть обусловлен присутствием соединений сероводорода, гуминовых кислот, органических соединений, образующихся при разложения животных и растительных остатков. Для определения запаха воду подогревают до 50-60С.

Вкус воды зависит от присутствия в ней растворенных минеральных веществ, газов и примесей. Хлористый натрий придает воде соленый вкус, сернокислые соли натрия и магния – горький, азотистые соединения – сладковатый, а свободная углекислота – освежающий. При определении вкуса воду подогревают до 30С.

Плотность воды обусловлена растворенными в ней солями, газами, взвесями и температурой.

Радиоактивность обусловлена присутствием природных радиоактивных элементов: урана, радона, радия, продуктов их распада – гелия, их формирование определяется геологическими, гидрогеологическими и геохимическими факторами.

Из-за наличия трех изотопов водорода – 1 Н (протий), D (дейтерий), Т (тритий) и шести изотопов кислорода 14 О, 15 О, 16 O, 17 O, 18 O, 19 O имеются 36 изотопных разновидностей воды, из которых только девять стабильные.

Соединение D 2 O называется тяжелой водой, содержание которой в природе составляет 0,02.

Изучение состава и свойств подземных вод производится на всех стадиях разведки, а также в процессе вскрытия и эксплуатации месторождений.

Исследование состава подземных вод преследует основные цели:

Выяснение их пригодности для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения;

Оценка возможного вредного влияния вод на бетонные и металлические конструкции шахт и горное оборудование.

Химический состав подземных вод позволяет судить также об особенностях формирования и питания подземных вод, взаимосвязи водоносных горизонтов.

Химический состав подземных вод определяется количеством и соотношением содержащихся в них ионов (минерализацией воды), жесткостью, количеством и составом растворенных и нерастворенных в воде газов, реакцией воды (рН), агрессивностью и пр.

Главнейшими химическими компонентами подземных вод - катионы – Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , анионы – HCO 3 - , Cl - , SO 4 2- , микрокомпоненты – Fe 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Mn 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Br, I, N, газы – N 2 , O 2 , CO 2 , CH 4 , H 2 , комплексные органические соединения – фенолы, битум, гумус, углеводороды органические кислоты.

Химический состав подземных вод выражают в ионной форме в мг/л и г/л.

Главные источники этих компонентов - горные породы, газы атмосферы, поверхностные воды и геохимические условия, которые сложились в пределах площади распространения.

По минерализации подземные воды могут быть пресными, с минерализацией до 1 г/л, слабосолоноватыми – 1-3 г/л: солеными – 3-10 г/л, очень солеными – 10-50 г/л и рассолами – более 50 г/л.

Жесткость воды (Н) – свойство воды, обусловленное присутствием в ней солей кальция и магния. Выражается жесткость в мг. экв/л. Различают жесткость общую, временную и постоянную.

Общая жесткость оценивается содержанием солей Са 2+ и Mg 2+ в виде Ca(HCO 3) 2 , Mg(HCO 3) 2 , CaSO 4 , MgSO 4 , CaCl 2 , MgCl 2 и вычисляется суммированием этих ионов в мг. экв/л.

где значения Са 2+ и Mg 2+ приведены в мг/л;

20,04 и 12,16 – эквивалентные массы кальций-иона и магний- иона.

Временная жесткость обусловлена гидрокарбонатными и карбонатными солями Са 2+ и Mg 2+: (Ca(HCO 3) 2 , Mg(HCO 3) 2 , CaCO 3 иMgCO 3).

Временная жесткость:

, (2.6)

где значение HCO 3 - берется в мг/л, 61,018 – его эквивалентная масса.

Постоянная жесткости обусловлены хлоридами, сульфатами и некарбонатными солями кальция и магния. Определяется как разность между общей и временной жесткостью:

Н пост. = Н общ. – Н вр. (2.7)

Выражается жесткость в мг. экв./л Ca 2+ и Mg 2+ в 1 мг. экв./л жесткости.

Природные воды подразделяются по степени жесткости на пять групп (мг. экв./л): очень мягкие – до 1,5; мягкие – 1,5-3; умеренно жесткие – 3,0-6,0; жесткие – 6,0-9; очень жесткие – 9,0.

Щелочность обусловлена наличием в воде щелочей Na + - NaOH, Na 2 CO 3 и NaHCO 3 . 1 мг. экв./л щелочности соответствует 40 мг/л NaOH; 53 мг/л NaCO 3 и 84,22 мг/л NaHCO 3 .

Активная реакция воды – степень ее кислотности или щелочности, характеризующаяся концентрацией водородных ионов рН (десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с положительным знаком): очень кислые - 5; кислые – 5-7; нейтральные – 7; щелочные – 7-9; высоко щелочные 9.

Агрессивность воды – способность разрушать бетон, железобетонные и металлические конструкции. Различают сульфатную, углекислую, выщелачивания магнезиальную и общекислотную виды агрессии.

Сульфатная агрессия определяется повышенным содержанием иона SO 4 2- . При избытке иона SO 4 2- происходит кристаллизация в бетоне новых соединений: образуется гипс CaSO 4 . 2H 2 O с увеличением объема на 100 % и сульфоалюминат кальция (бетонная бацилла) с увеличением объема в 2,5 раза, что приводит к разрушению бетона. Вода агрессивна к бетону при содержании иона SO 4 2- - свыше 250 мг/л.

Углекислая агрессивность. При воздействии угольной кислоты происходит растворение и вынос из бетона CaCO 3 - . При избытке СО 2 наблюдается переход СаСО 3 в Са(НСО 3) 2 , который легко растворяется и выносится из бетона.

Избыток СО 2 20 мг/л называется агрессивной углекислотой.

Агрессивность выщелачивания происходит за счет растворения и вымывания из бетона извести СаСО 3 при дефиците в воде иона НСО 3 - . Воды, содержащие менее 30 мг/л связанной углекислоты и жесткостью до 1,4 мг/л агрессивные.

Магнезиальная агрессивность приводит к разрушению бетона при повышенном содержании Mg 2+ . В зависимости от сорта цемента, условий и конструкции сооружения, иона SO 4 2- , более 250 мг/л, предельно допустимое количество ионов Mg 2+ 750-1000 мг/л.

Общекислотная агрессивность зависит от концентрации водородных ионов рН. Вода обладает коррозирующими свойствами при рН 6,5.

2.9 Формирование химического состава подземных и шахтных вод

Подземные воды постоянно взаимодействуют с атмосферными водами и горными породами. В результате происходит растворение и выщелачивание горных пород, особенно карбонатов, сульфатов, галоидов. Если в воде присутствует углекислота, происходит разложение нерастворимых в воде силикатов по следующей схеме:

Na 2 Al 2 Si 6 O 16 + 2H 2 O + CO 2 NaCO 3 + H 2 Al 2 Si 2 O 8 (2.8)

В результате в воде накапливаются карбонаты и гидрокарбонаты натрия, магния, кальция. Распространение их подчиняется общей гидрохимической зональности. Вертикальную гидрохимическую зональность определяют геологические условия формирования подземных вод, связанные с особенностями состава, строения и свойств горных пород.

В вертикальном разрезе земной коры выделяют три гидродинамические зоны :

а) верхняя – интенсивность водообмена, мощностью от десятков до нескольких сотен метров. Здесь подземные воды находятся под влиянием современных экзогенных факторов. По составу – гидрокарбонатные кальциевые маломинерализованные воды. Водообмен исчисляется годами и столетиями (в среднем 330 лет);

б) средняя – замедленного водообмена. Глубина зоны изменчива (примерно 3-4 км). Скорость движения подземных вод и их дренаж уменьшается. На состав вод этой зоны оказывают влияние вековые изменения экзогенных условий. Воды натриевые, сульфатно-натриевые или сульфатно-натриево-кальциевые. Водообмен длится десятки и сотни тысяч лет;

в) нижняя – весьма замедленного водообмена. Экзогенные условия здесь не оказывают никакого влияния. Приурочены обычно к глубоким частям впадин. Распространены на глубинах более 1200 м и более. Воды высокоминерализованные, по составу хлоридные кальциево-натриевые и хлоридно-магниево-натриевые. Возобновление подземных вод составляет миллионы лет.

Соответственно гидродинамическим выделяются гидрохимические зоны. Гидрохимическая зона - часть артезианского бассейна, относительно однородная по гидрохимическому строению;

г) верхняя – пресных вод с минерализацией до 1 г/л мощностью 0,3-0,6 м;

д) промежуточная, солоноватых и соленых вод с минерализацией 1-35 г/л;

е) нижняя – рассолов (более 35 г/л).

На формирование химического состава подземных вод месторождений твердых полезных ископаемых существенно влияют окислительные и восстановительные условия, которые складываются в процессе горных работ.

Для угольных месторождений характерны два типа природной обстановки: в верхних частях – окислительная, на глубоких – восстановительная.

При отработке угля искусственно создаётся окислительная обстановка, в которую попадают подземные воды, нарушается ход естественных химических процессов.

В более глубоких горизонтах воды насыщены более стойкими соединениями (NaCl, Na 2 SO 4), малоактивны и устойчивы к окружающей среде.

По мере их передвижения по выработкам, в воде увеличивается содержание Ca 2+ , Mg 2+ и SO 4 - , повышается жесткость и минерализация. В меньшей степени возрастает содержание Na + , Cl - , Al 2 O 3 , SiO 2 , Fe 2 O 3 .

При уменьшении рН иногда исчезает СО 3 2- и появляется НСО 3 - . Содержание СО 2 и О 2 изменяется в зависимости от обстановки.

Наибольшие изменения претерпевают подземные воды, поступающие в виде капежей, особенно в очистных выработках. Кислые воды образуются только на верхних горизонтах, куда поступают подземные воды низкой минерализации и обладающие меньшей щелочностью. Обычно кислые воды формируются в старых заброшенных выработках.

Кислые воды являются хорошими растворителями, вследствие чего минерализация их быстро повышается по мере протекания по выработкам.

Зона возможного образования кислых вод охватывает подземные воды, где в составе их сильные кислоты преобладают над щелочами. Нижняя граница совпадает с верхней границей метановой зоны (примерно глубина 150 м) и с верхней границей – распространения натриевых. Максимальные мощности зоны возможного образования кислых вод 350-400 м.

Шахтные воды агрессивны, в верхних частях обладают сульфатной, в нижней – агрессивностью выщелачивания.

2.10 Режим подземных вод - совокупность изменений во времени уровня, напора, расхода, химического и газового состава, температурных условий, скорости движения подземных вод.

Изменение режима подземных вод происходит под влиянием природных (климатических и структурных) факторов и техногенной деятельности человека. Особенно резкие изменения их режима наблюдаются в горнодобывающих районах. Водоотливы из горных выработок уменьшают напоры подземных вод, а иногда полностью осушают водоносные пласты, нарушая природный режим подземных вод. Горные выработки или дренажные системы повышают коэффициент водообмена, возникающие деформации поверхности способствуют увеличению подземного стока; отмечается взаимосвязь водоносных горизонтов и с поверхностными водами.

В одних условиях количество откачиваемых шахтных вод может компенсироваться естественным притоком подземных вод, в других – интенсивный приток в горные выработки приводит к истощению ресурсов подземных вод шахтного поля или месторождения.

При эксплуатации глубоких горизонтов в соответствующих геологических условиях происходит обычно изменение притока шахтных вод с глубиной, не зависящее от их ресурсов.

Для условий Донбасса наибольшая водообильность наблюдается на глубинах 150-200 м, ниже 300-500 м водопритоки уменьшаются. При горизонтальном залегании пластов и приуроченности водоносных горизонтов к пористым породам притоки шахтных вод в паводковые периоды не превышают 20-25 %. Наклонное залегание пород способствует сезонному увеличению паводковых вод на 50, 100 % и больше. Особенно резкие колебания наблюдаются при наличии карстующихся пород с увеличением притока до 300-400 %.

Нарушения естественного режима подземных вод возникает уже в самом начале шахтного строительства, при проходке стволов.

Вскрываются многие водоносные горизонты каменноугольных отложений до глубин 500-600 м, а при закладке глубоких шахт – до 1000-1200 м. Но поскольку крепление стволов осуществляется вслед за углубкой, притоки в них незначительные и составляют 10-20 м 3 /час, в отдельных районах (Красноармейский) до 70-100 м 3 /час. Поэтому вокруг шахтных стволов не наблюдается широких депрессий и в зону осушения попадают незначительные площади.

Дальнейший дренаж подземных вод происходит при проведении подготовительных выработок, особенно квершлагов, вскрывающих по несколько водоносных горизонтов, но притоки не превышают 10-15 м 3 /час. Интенсивное осушение наблюдается при очистных работах, при обрушении и оседании пород над выработанным пространством. Сопровождается образованием трещин, связывающих разобщенные до этого водоносные горизонты, залегающие над разрабатываемыми пластами в пределах 30-50-кратной мощности угольного пласта.

В дальнейшем происходит задавливание трещин обрушения и уменьшение их водопроницаемости, приток в лаву на этом участке будет уменьшаться или полностью прекратится и уровни подземных вод восстанавливаются до уровней поверхности общей шахтной депрессии. Формирующиеся над очистными выработками депрессионные воронки являются временными, мигрируют по площади отработки вслед за перемещением забоя лавы.

При неглубоком залегании пласта полезного ископаемого зона водопроводящих трещин может достигать земной поверхности и водопритоки в шахту будут формироваться за счет просачивания атмосферных осадков по площади очистных работ.

При вскрытии тектонических нарушений притоки составляют 300-400 и более м 3 /час, иногда 1000 м 3 /час.

В результате подработки горными работами водоносных горизонтов имеют место отдельные случаи вывода из строя водозаборов подземных вод.

2.11 Происхождение подземных вод .

1) инфильтрационные подземные воды – образуются в результате просачивания в водопроницаемые породы атмосферных осадков. Иногда наблюдается поступление воды в водоносные горизонты из рек, озер и морей. Можно считать инфильтрацию основным источником пополнения подземных вод, распространенными в верхних горизонтах с интенсивным водообменом.

2) конденсационные подземные воды. В засушливых районах большую роль в формировании водоносных горизонтов играет конденсация водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород, возникающая за счет разности упругости водяных паров атмосферного и почвенного воздуха. В результате конденсации в пустынях образуются линзы пресных вод над солеными грунтовыми водами.

3) седиментогенные подземные воды – воды морского происхождения. Они образовались одновременно с накоплением осадков. В ходе последующего тектонического развития такие воды изменяются при диагенезе, тектонических движений, попадая в зоны повышенных давлений и температур. Большую роль в формировании седиментогенных вод отводят элизионным процессам (элизио – обжимаю). Первичные осадки содержат до 80-90 % воды, при уплотнении которых происходит их отжим. Естественная влажность горных пород 8-10 %.

4) ювенильные (магматогенные) подземные воды образованы из паров, выделяющихся из магмы при ее остывании. Попадая в области более низких температур пары магмы конденсируются и переходят в капельно-жидкое состояние, создавая особый тип подземных вод. Такие воды обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты. Приурочены к областям современной вулканической деятельности. Вблизи поверхности такие воды смешиваются с обычными подземными водами.

5) возрожденные (д егидратационные) воды образуются при выделении ее из минеральных масс, содержащих кристаллизационную воду. Такой процесс возможен при повышенных температурах и давлениях.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные задачи и разделы гидрогеологии и инженерной геологии.

Охарактеризуйте круговорот воды в природе.

Назовите основные виды воды в горных породах.

Назовите основные водно-физические свойства подземных вод.

Охарактеризуйте типы подземных вод по условиям залегания и основные их особенности.

Назовите физические свойства подземных вод.

Какие основные параметры определяются при химическом составе подземных вод.

Сформулируйте понятие режим подземных вод. Как изменяется режим шахтных вод?

Охарактеризуйте типы подземных вод по происхождению.

Народнохозяйственное использование минерализованных (соленых) подземных вод приобретает все более значительные масштабы. Помимо их широкого использования для водоснабжения (в основном для производственно-технического, для хозяйственно-питьевого после опреснения и водоподготовки) и орошения они применяются в бальнеологии, химической промышленности и теплоэнергетике. В последних трех случаях минерализованные подземные воды (обычно с минерализацией более 1 г/л) должны отвечать требованиям, предъявляемым к минеральным, промышленным и термальным подземным водам (1, 3-5, 7-12).

К минеральным (лечебным) водам относят природные воды оказывающие на организм человека лечебное действие, обусловлен ное либо повышенным содержанием полезных, биологически активных компонентов ионно-солевого или газового состава, либо общим ионно-солевым составом воды (1, 3, 7). Минеральные воды весьма разнообразны по генезису, минерализации (от пресных до высококонцентрированных рассолов), химическому составу (микрокомпонентам, газам, ионному составу), температуре (от холодных до высокотермальных), но основным и общим их показателем является свойство оказывать на организм человека лечебное воздействие.

К промышленным водам относятся подземные воды, содержащие в растворе полезные компоненты или их соединения (поваренная соль, иод, бром, бор, литий, калий, стронций, барий, вольфрам и др.) в концентрациях, представляющих промышленный интерес. Подземные промышленные воды могут содержать физиологически активные компоненты, обладать повышенной температурой (вплоть до высокотермальных) и минерализацией (обычно соленые воды и рассолы), иметь различное происхождение (седиментационные, инфильтрационные и другие воды), характеризоваться широким региональным распространением.

Подземные воды с температурой, превышающей температуру «нейтрального слоя», обносят к термальным. На практике термальными считаются воды с температурой выше 20-37° С (4, 6-9, 12). В зависимости от геотермических и геолого-гидрогеологических условий, а также геохимической обстановки формирования термальные воды могут содержать повышенные концентрации ценных в промышленном отношении элементов и их соединений и обладать активным физиологическим воздействием на организм человека, т. е. отвечать требованиям, предъявляемым к минеральным водам. Нередко поэтому возможно и целесообразно комплексное использование термальных вод для бальнеологии, промышленного извлечения полезных компонентов, теплофикации и теплоэнергетики. Естественно, что оценка перспектив практического использования термальных подземных вод требует учета не только их температуры (теплоэнергетического потенциала), но также химического и газового состава, условий промышленного извлечения полезных микрокомпонентов, потребностей района в подземных водах различного типа (минеральных, промышленных, термальных), последовательности и технологии использования термальных вод и других факторов.

Потребности интенсивно развивающегося народного хозяйства и задачи обеспечения неуклонного роста благосостояния народа определяют необходимость более широкой постановки поисково-разведочных работ на минеральные, промышленные и термальные подземные воды.

Методика их гидрогеологических исследований зависит на каждом конкретном месторождении от особенностей природных условий формирования и распространения рассматриваемых типов подземных вод, степени изученности и сложности гидрогеологических и гидрогеохимических условий, специфики и масштабов использования подземных вод и других факторов. Однако даже простой анализ приведенных выше определений минеральных, промышленных и термальных вод свидетельствует о некоторой общности условий их формирования, залегания и распространения. Это дает основание наметить единую схему их изучения и охарактеризовать общие вопросы методики их гидрогеологических исследований.

§ 1. Некоторые общие вопросы поисков и разведки месторождений минеральных, промышленных и термальных подземных вод

Минеральные, промышленные и термальные воды широко распространены на территории СССР. В отличие от пресных подземных вод они вскрываются, как правило, в более глубоких структурных горизонтах, имеют повышенную минерализацию, специфический микрокомпонентный и газовый состав, характеризуются незначительной зависимостью своего режима от климатических факторов, нередко сложными гидрогеохимическими особенностями, проявлениями упругого режима при эксплуатации и другими отличительными чертами, определяющими специфику их гидрогеологических исследований. В частности, минеральные, промышленные и термальные подземные воды значительной минерализации имеют широкое региональное распространение в пределах глубоких частей артезианских бассейнов платформ, предгорных прогибов и горно-складчатых областей. Специфические по некоторым признакам минеральные, термальные и реже промышленные воды встречаются в районах отдельных кристаллических массивов и областей современной вулканической деятельности. В пределах указанных территорий по общности геолого-структурных, гидрогеологических, гидрогеохимических, геотермических и других условий выделяются характерные провинции, области, районы и месторождения минеральных, промышленных и термальных подземных вод. В соответствии с ранее данным определением (см. гл. I, § 1) к месторождениям относятся пространственно оконтуриваемые скопления подземных вод, качество и количество которых обеспечивают экономически целесообразное их использование в народном хозяйстве (в бальнеологии, для промышленного извлечения полезных компонентов, в теплоэнергетике, комплексное их использование), Экономическая целесообразность использования минеральных, промышленных и термальных подземных вод на каждом конкретном месторождении должна быть установлена и доказана технико-экономическими расчетами, выполняемыми в процессе проектирования поисково-разведочных работ, изучения месторождения и оценки его эксплуатационных запасов. Показатели, которыми определяется экономическая целесообразность эксплуатации того или иного месторождения подземных вод и на основе которых дается оценка его эксплуатационных запасов, называются кондиционными. Кондиционные показатели представляют собой требования к качеству подземных вод, и условиям их эксплуатации, при соблюдении которых возможно экономически целесообразное их использование с водоотбором, равным по величине установленным эксплуатационным запасам. Обычно в кондициях учитываются требования к общему химическому составу подземных вод, содержанию отдельных компонентов и газов (биологически активных, ценных в промышленном отношении, вредных и др.), температуре, условиям эксплуатации скважин (минимальный дебит, максимальное понижение уровня, условия сброса сточных вод, срок эксплуатации скважин и др.), глубине залегания продуктивных горизонтов и т. п.

Участки месторождений, в пределах которых экономически целесообразно использование подземных вод для целей бальнеологии, промышленности или теплоэнергетики, называют эксплуатационными. Они выявляются и изучаются в процессе специальных поисково-разведочных работ, которые ведутся в полном соответствии с общими принципами гидрогеологических исследований (см. детально гл. I, § 3).

Поисково-разведочные работы - один из наиболее важных элементов в рациональном освоении месторождений минерализованных подземных вод (1, 5, 10). Их основная цель - выявление месторождений минеральных, промышленных или термальных подземных вод, изучение геолого-гидрогеологических, гидрогеохимических и геотермальных условий, оценка качества, количества и условий рационального народнохозяйственного использования их эксплуатационных запасов.

В соответствии с общими принципами поисково-разведочных работ и действующими положениями гидрогеологические исследования названных типов подземных вод осуществляются последовательно с соблюдением установленной стадийности работ; поиски, предварительная разведка, детальная разведка и эксплуатационная разведка (1,2, 5-10). В зависимости от конкретных условий рассматриваемых месторождений, степени их изученности и сложности, размеров водопотребления и других факторов в одних случаях возможно совмещение отдельных стадий (при хорошей изученности месторождения и небольшой потребности в воде), в других большая потребность в воде, сложные природные условия, слабая изученность территории) может потребоваться выделение дополнительных этапов (подстадий) в пределах отдельных установленных стадий проведения гидрогеологических исследований. Так, при разведке термальных вод и проектировании их промышленного освоения небольшим количеством эксплуатационных скважин в связи с весьма значительной стоимостью сооружения разведочных скважин представляется оправданным и целесообразным совмещение предварительной разведки с детальной и бурение разведочно-эксплуатационных скважин (с последующим их переводом в категорию эксплуатационных скважин). При поисковых работах на промышленные подземные воды исследования нередко проводятся в два этапа (подстадий). На первом этапе на основе материалов предшествующих исследований выявляются площади распространения промышленных вод, перспективные для проведения поисково-разведочных работ, и намечаются места заложения поисковых скважин. На втором этапе поисковой стадии выявленные площади (месторождения) изучаются с помощью бурения и опробования поисковых скважин. Цель изучения - выбор перспективных для разведки продуктивных горизонтов и участков месторождений (5,8).

Поиски на минеральные, промышленные и термальные подземные воды в каждом районе должны быть увязаны с перспективами народнохозяйственного развития, потребностями в определенном типе подземных вод и целесообразностью их использования в данном районе.

К числу общих задач работ поисковой стадии относятся: выявление основных закономерностей распространения минерализованных вод, выделение тех или иных типов их месторождений или площадей, перспективных на вскрытие минеральных (промышленных, или термальных) подземных вод, и при необходимости изучение этих месторождений и площадей с помощью бурения и опробования поисковых скважин, а иногда и проведения специальных съемочных работ (гидрогеологические, гидрохимические, газовые, термометрические и другие виды съемок).

Одним из основных и обязательных видов исследований на стадии поисков является сбор, анализ и целенаправленное тщательное обобщение всех собранных по району исследований гидрогеологических материалов (особенно материалов глубокого опорного и нефтяного бурения и материалов многотомного издания «Гидрогеология СССР»), составление необходимых карт, схем, разрезов, профилей и т. п. Поскольку бурение поисковых скважин на глубокие горизонты требует больших затрат (стоимость скважины глубиной 1,5-2,5 км 100-200 тыс. руб. и больше), целесообразно использовать для исследований ранее пробуренные скважины (разведочные на нефть и газ, опорные и др.).

В результате поисковых работ должны быть выделены перспективные на проведение разведочных работ продуктивные горизонты и участки, разработаны ориентировочные кондиционные показатели и дана ориентировочная оценка эксплуатационных запасов в пределах выделенных участков (обычно по категориям C 1 + C 2), обоснована экономическая целесообразность проведения разведочных работ и выделены первоочередные объекты.

В процессе предварительной разведки изучаются геолого-гидрогеологические условия выделенных по результатам поисков участков (их может быть один или несколько) для получения данных для их сравнительной оценки и обоснования объекта для детальной разведки. С помощью бурения и всестороннего опробования разведочных скважин, размещаемых по площади изучаемого участка (участков), выявляются фильтрационные свойства продуктивных горизонтов, водно-физические характеристики пород и воды, химический, газовый и микрокомпонентный состав подземных вод, геотермические условия и другие показатели, необходимые для составления предварительных кондиций и предварительной оценки эксплуатационных запасов (обычно по категориям В и Ci).

При недостаточной региональной изученности для уточнения гидрогеологических условий в зоне предполагаемого влияния водозабора (параметры, граничные условия и т. п.) целесообразно заложить отдельные разведочные скважины и за пределами изучаемого эксплуатационного участка (а при возможности использовать для этой цели, ранее пробуренные скважины). Так как стоимость глубокого бурения велика, разведочные скважины на стадии предварительной разведки целесообразно проходить малым диаметром и использовать их в дальнейшем в качестве наблюдательных и режимных скважин. Чтобы оценить промышленную и бальнеологическую ценность и особенности дальнейшего использования подземных вод в процессе предварительной разведки, должно быть выполнено специальное технологическое (для промышленных вод) и лабораторное (для всех типов вод) их изучение.

По итогам предварительной разведки составляется технико-экономический доклад (ТЭД), обосновывающий целесообразность постановки на том или ином объекте детальных разведочных работ. ТЭД не является обязательным лишь при изучении минеральных вод.

В докладе освещаются геологическое строение, гидрогеологические, гидрогеохимические и геотермические условия разведанных участков, результаты оценки эксплуатационных запасов подземных вод и основные технико-экономические показатели, обосновывающие целесообразность и эффективность их народнохозяйственного использования.

Детальная разведка эксплуатационного участка проводится в целях более детального изучения его геолого-гидрогеологических, гидрогеохимических и геотермальных условий и обоснованного подсчета эксплуатационных запасов подземных вод продуктивных горизонтов по категориям, позволяющим выделение капиталовложений на проектирование их эксплуатации (обычно по категориям A+ B+ Ci). Эксплуатационные запасы оцениваются общепринятыми методами (гидродинамическим, гидравлическим, моделированием и комбинированным на основе утвержденных в ГКЗ кондиционных требований) (1, 2, 5, 6, 8-10).

Детальная разведка и оценка эксплуатационных запасов проводятся применительно к наиболее рациональной в условиях изучаемого месторождения схеме расположения эксплуатационных скважин. С учетом этого положения, а также по экономическим соображениям в процессе детальной разведки закладываются разведочно-эксплуатационные скважины, конструкция которых должна удовлетворять условиям их последующей эксплуатации. На детальной стадии обязательно проведение кустовых откачек (а в сложных природных условиях и длительных опытно-эксплуатационных). Специальные наблюдательные скважины сооружаются лишь при залегании продуктивных горизонтов на глубине не более 500 м, в других условиях в качестве наблюдательных точек используются разведочные и разведочно-эксплуатационные скважины. При необходимости они сосредоточиваются в районах опытных кустов за счет частичного разряжения их на участках с более простыми природными условиями.

В соответствии с целевым назначением в процессе поисково-разведочных работ на глубокие минеральные (минерализованные) воды закладываются обычно скважины следующих категорий: поисковые, разведочные (опытные и наблюдательные), разведочно-эксплуатационные и эксплуатационные. Поскольку при глубоком бурении скважины являются наиболее достоверным и нередко единственным источником информации о разведуемом объекте, каждая из них должна быть тщательно задокументирована, и исследована в процессе ее бурения (отбор и изучение керна, шлама, глинистого раствора, применение пластоиспытателей) и соответствующим образом опробована после сооружения (специальные геофизические, гидрогеологические, термометрические и другие исследования).

При гидрогеологическом и других видах опробования глубоких скважин минеральные, промышленные и термальные подземные воды следует учитывать их специфические особенности, обусловленные химическим составом и физическими свойствами подземных вод (влияние растворенного газа, плотности и вязкости жидкости, изменения температурного режима), конструктивными особенностями скважин (потери напора на преодоление сопротивлений при движении воды по стволу скважины) и другими факторами.

Гидрогеологическое опробование скважин проводится путем выпусков (при самоизливе подземных вод) или откачкой (обычно эрлифтом, реже артезианскими или штанговыми насосами). Схема оборудования и опробования скважин, дающих воду самоизливом, приведена на рис. 57. При опробовании по этой схеме насосно-компрессорные трубы (НКТ) служат для спуска глубинных приборов и используются в качестве пьезометра для наблюдений за уровнем. Их башмак обычно устанавливается на глубине, исключающей выделение свободного газа. Схема оборудования и опробования скважин с уровнем воды ниже устья эрлифтом показана на рис. 58.

На практике применяются однорядные и двухрядные схемы эрлифта. По условиям замера динамического уровня целесообразнее двухрядная схема. Перед опробованием замеряются пластовое давление (статический уровень), температура воды в пласте и на устье скважины, в процессе опробования - дебит, динамический уровень (забойное давление), температура на устье, газовый фактор. Отбираются и исследуются пробы воды и газа.

На точность замеров статического и динамического уровней воды, оказывает влияние растворенный газ, изменение температуры воды, сопротивление движению воды в трубах. Влияние газового фактора можно исключить, измеряя уровни в пьезометрах, опущенных ниже зоны выделения свободного газа, либо глубинными манометрами. В противном случае замеренный уровень воды в скважине будет отличаться от истинного на величину DS r , определяемую по формуле Е. Е. Керкиса:

v 0 - газовый фактор, м 3 /м 3 ; Р о, P 1 и Р r - величина давлений атмосферного, устьевого и насыщения, Па; t - температурный коэффициент, равный t= 1+t/273 (где t- температура газовой смеси, 0 С); r -плотность воды, кг/м 3 ; g- ускорение свободного падения, м/с 2 .

Рис 57. Схема оборудования и опробования скважин, дающих воду

самоизливом: 1 - лубрикатор; 2 - манометры; 3 - фонтанная арматура; 4 - трап-газоотделитель; 5 - измеритель дебита газа; 6- мерная емкость; 7 - задвижка; 8 - насосно-компрессорные трубы; 9 - водоносный горизонт

Рис. 58. Схема оборудования и опробований скважин с уровнем воды ниже устья

При откачке термальных вод из скважины наблюдается удлинениeстолба воды в ней за счет увеличения температуры, при простаивании -«усадка» столба за счет его остывания. Величину температурной поправки D St ° при известных значениях температуры воды на устье до откачки t п ° и при изливе t п ° Можно определять по формуле (5):

, (XI.1)

где Н 0 - столб воды в скважине, м; r(t 0 °) и r(t p °) - плотность воды при температурах t 0 ° и t p °. При больших глубинах скважин (?2000 м и более) температурная поправка может достигать 10-20 м.

При определении понижения уровня при откачках из глубоких скважин необходимо также учитывать потери напора DS н на преодоление сопротивлений движению воды в стволе скважины, определяемые по формуле (IV.35).

С учетом характера влияния рассмотренных факторов допустимая величина понижения уровня S д принимаемая в расчет при оценке эксплуатационных запасов минеральных, промышленных и термальных подземных вод, определяется по формуле

(XI.3)

где h д - допустимая глубина динамического уровня от устья скважины (определяется возможностями водоподъемного оборудования); Р и - избыточное над устьем скважины давление подземных вод; DS r , DS t ° и DS н - поправки, учитывающие влияние газового фактора, температуры и гидравлических потерь напора и определяемые соответственно по формулам (XI.1), (XI.2) и (IV.35).

Эксплуатационная разведка проводится на эксплуатируемых или подготовленных для эксплуатации участках и месторождениях. Она имеет своей целью гидрогеологическое обоснование прироста эксплуатационных запасов и перевода их в более высокие по степени изученности категории, корректировку условий и режима эксплуатации водозаборных сооружений, осуществление прогнозов при изменении режима их эксплуатации и т. д. В процессе эксплуатационной разведки ведутся систематические наблюдения за режимом подземных вод в условиях их эксплуатации. При необходимости обеспечения прироста эксплуатационных запасов возможны разведочные работы на сопредельных с эксплуатационным участком площадях (если это нужно по геолого-гидрогеологическим показателям).

Таковы общие положения и принципы гидрогеологических исследований месторождений минеральных, промышленных и термальных подземных вод. Особенности их проведения на каждом конкретном участке определяются в зависимости от геолого-структурных, гидрогеологических, гидрогеохимических условий изучаемых месторождений, степени их изученности, заданной потребности в воде и других факторов, учет которых обеспечивает целенаправленные, научно обоснованные и эффективные поисково-разведочные работы и рациональное народнохозяйственное освоение месторождений подземных вод (1, 2, 5-10).

§ 2. Некоторые особенности гидрогеологических исследований минеральных, промышленных и термальных подземных вод

Минеральные воды. Для отнесения природных вод к категории минеральных в настоящее время используются нормы, установленные Центральным институтом курортологии и физиотерапии и определяющие нижние пределы содержания отдельных компононтов вод (в мг/л): минерализация - 2000, углекислота свободная - 500, сероводород общий -10, железо - 20, мышьяк элементарный- 0,7, бром - 25, иод - 5, литий - 5, кремневая, кислота - 50, борная кислота - 50, фтор - 2, стронций-10, барий - 5, радий- 10 -8 , радон (в единицах Махе; 1 Махе ?13,5·10 3 м -3 ·-с -1 = 13,5 л -1 ·с -1) - 14.

Для отнесения минеральных вод к тому или иному их типу по минерализации, содержанию биологически активных компонентов, газов и другим показателям используются критерии оценки, регламентированные ГОСТ 13273-73 (1, 3, 8). Ниже приведены предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых компонентов, установленные для минеральных вод (в мг/л): аммоний (NH 4) + - 2,0, нитриты (NO 2) - -2,0, нитраты (NO 3) - -50,0, ванадий -0,4, мышьяк - 3,0, ртуть - 0,02, свинец - 0,3, селен - 0,05, фтор - 8, хром -0,5, фенолы - 0,001, радий -5·10 -7 , уран - 0,5. Количество колоний микроорганизмов в 1 мл воды не должно превышать 100, коли-индекс - 3. Указанные нормы и значения ПДК. следует учитывать при характеристике качества минеральных вод и геолого-промышленной оценке их месторождений.

Минеральные воды СССР представлены всеми основными их типами: углекислыми, сероводородными, углекисло-сероводородными, радоновыми, йодными, бромными, железистыми, мышьяковистыми, кислыми, слабоминерализованными, термальными, а также неспецифическими и рассольными минеральными водами. Они широко распространены в пределах артезианских бассейнов различного порядка, трещинных водонапорных систем, тектонических зон и нарушений, массивов магматических и метаморфических пород. Месторождения минеральных вод классифицируются по различным признакам (по типу минеральных вод, по условиям их формирования и другим показателям) (1, 3, 7, 8).

Для разведки представляет определенный интерес типизация месторождений по геолого-структурным и гидрогеологическим их условиям. По этим признакам выделяется 6 характерных типов месторождений минеральных вод: 1) пластовые месторождения платформенных артезианских бассейнов, 2) пластовые месторождения предгорных и межгорных артезианских бассейнов и артезианских склонов, 3) месторождения артезианских бассейнов и склонов, связанные с зонами разгрузки глубинных минеральных вод в вышележащие напорные водоносные горизонты («гидроинжекционный» тип), 4) месторождения трещинно-жильных водонапорных систем, 5) месторождения, приуроченные к зонам разгрузки напорных потоков в бассейне грунтовых вод («гидроинжекционный» тип), 6) месторождения грунтовых минеральных вод (1,2).

Месторождения первых двух типов характеризуются относительно простыми гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями, значительными избыточными напорами и естественными запасами. Выделение перспективных для разведки площадей возможно на основе анализа региональных гидрогеологических материалов, рекомендуется разведка бурением и опробованием одиночных скважин (редко кустов). Оценка эксплуатационных запасов целесообразна гидродинамическим и гидравлическим (при значительной тектонической нарушенности пород и газонасыщенности вод) методами.

Гораздо более сложными гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями отличаются месторождения остальных типов и особенно третьего, пятого и шестого. Для них свойственны ограниченные площади развития минеральных вод (типа куполов), изменчивость границ, запасов и химического состава во времени и при откачках, ограниченность эксплуатационных запасов. Для выделения участков под разведку помимо всестороннего анализа региональных материалов нередко требуются проведение поисковых геофизических, термометрических и других видов исследований, бурение поисковых и поисково-зондировочных скважин и их массовое глубинное опробование, специальные съемочные работы. Такие месторождения разведуются бурением скважин по разведочным створам и специальными площадными съемочными работами. В силу значительной неустойчивости химического состава и зависимости эксплуатационных запасов от геолого-тектонических и геотермических условий поступления минеральной составляющей и формирования купола минеральных вод оценка их осуществляется преимущественно гидравлическим методом, перспективно применение метода моделирования.

Детально вопросы методики гидрогеологических исследований выделенных типов месторождений минеральных вод рассмотрены в специальной методической литературе (1, 2, 8). В работе Г. С. Вартаняна (2) особо освещена методика поисков и разведки месторождений минеральных вод в трещинных массивах с детальной их типизацией и анализом особенностей изучения каждого из выделенных типов месторождений.

Промышленные воды . В качестве критериев для отнесения минерализованных природных вод к категории промышленных используются некоторые условные кондиционные показатели, определяющие минимальные концентрации полезных микрокомпонентов и предельно допустимые вредных компонентов, осложняющих технологию промышленного освоения подземных минерализованных вод.

В настоящее время такие показатели установлены лишь для некоторых типов промышленных вод: йодных (йода не менее 18 мг/л), бромных (брома не менее 250 мг/л), иодо-бромных (иода не менее 10, брома не менее 200 мг/л), иодо-борных (иода не менее 10, бора не менее 500 мг/л). Содержание в воде нафтеновых кислот не должно превышать 600 мг/л, нефти - 40 мг/л, галоидопоглощение должно быть не выше 80 мг/л, щелочность воды - не более 10-90 молей/л.

Ведутся соответствующие исследования по изучению условий извлечения из подземных вод некоторых других промышленно ценных компонентов: бора, лития, стронция, калия, магния, цезия, рубидия, германия и.др.

Указанные выше показатели не учитывают условий эксплуатации промышленных вод, метода извлечения микрокомпонентов, условий сброса отработанных вод и других факторов, определяющих экономическую целесообразность промышленного извлечения микрокомпонентов. Использование их целесообразно лишь при общих ориентировочных оценках возможности промышленного освоения подземных вод. При этом условно принимается, что при глубине скважин 1-2 км и предельном положении динамического уровня на глубине 300-800 м дебит отдельных скважин должен быть не менее 300-1000 м 3 /сут. Реальные показатели, определяющие условия целесообразного использования промышленных вод того или иного месторождения для извлечения промышленных компонентов, устанавливаются в процессе поисково-разведочных работ на основе повариантных технико-экономических расчетов. Это так называемые кондиционные показатели, являющиеся основой геолого-промышленной оценки месторождений промышленных вод.

Подземные промышленные воды все более привлекают пристальное внимание ученых как источник минерально-сырьевых и энергетических ресурсов. Известно, что помимо основных солей - хлоридов натрия, калия, магния и кальция - минерализованные подземные воды и рассолы содержат в своем составе огромный комплекс металлических и неметаллических микрокомпонентов (в том числе редких и рассеянных химических элементов), комплексное извлечение которых может сделать эти воды исключительно ценным сырьем для химической и энергетической промышленности и существенно повысить экономическую эффективность их промышленного использования.

В Советском Союзе промышленные воды используются в основном для добычи иода и брома. Разрабатывается технология промышленного извлечения из подземных вод и некоторых других микрокомпонентов (лития, стронция, калия, магния, цезия, рубидия и т. д.). В США из подземных вод, кроме иода и брома, добывают литий, вольфрам и соли (СаСl 2 , MgSO 4 , Mg(OH) 2 , KClи MgCl 2). Подземные минерализованные воды и рассолы, имеющие промышленное значение, широко развиты на территории СССР. Они находятся обычно в глубоких частях артезианских бассейнов древних и эпигерцинских платформ, предгорных и межгорных впадинах альпийской геосинклинальной зоны юга СССР. Обобщение большого количества региональных материалов позволило коллективу советских гидрогеологов составить карту промышленных вод территории СССР, на основе которой составлена схематическая карта перспективных районов СССР на различные типы промышленных вод (5, 6). В настоящее время под руководством сотрудников института ВСЕГИНГЕО составляются карты региональной оценки эксплуатационных и прогнозных запасов промышленных вод для отдельных регионов и территории СССР в целом.

Анализ региональных материалов и опыта разведки промышленных вод свидетельствует о том, что для разведки, и геолого-промышленной оценки по особенностям характера залегания, распространения и гидродинамическим условиям месторождения промышленных вод могут быть подразделены на два основных типа:

1) месторождения, расположенные в крупных и средних артезианских бассейнах платформенных областей, краевых и предгорных прогибов, характеризующиеся относительно спокойным региональным распространением выдержанных продуктивных горизонтов, и

2) месторождения, приуроченные к водонапорным системам горно-складчатых областей, характеризующиеся наличием сложнодислоцированных структур с тектоническими нарушениями разрывного характера, разделяющими продуктивные водоносные горизонты одноименных стратиграфических комплексов.

Принадлежность месторождений промышленных вод к тому или иному типу определяет особенности проведения гидрогеологических исследований при их разведке и геолого-промышленной оценке.

При изучении месторождений промышленных вод и подготовке их к промышленному освоению необходимо, прежде всего, выявить: 1) размеры месторождения; 2) его положение в пределах водонапорной системы; 3) глубину залегания и мощность промышленной водоносной зоны; 4) гидрогеологические и гидродинамические особенности и т. д. Вместе взятые эти факторы позволяют оценить гидрогеологические условия месторождения, обосновать принципиальную расчетную схему, оценить количество, качество и условия залегания промышленных вод, провести геолого-промышленную оценку месторождения и наметить рациональные пути его освоения.

Несмотря на разнообразие условий залегания и распространения промышленных вод, для их месторождений характерны следующие общие черты, определяющие особенности их поисков и разведки: 1) расположение продуктивных горизонтов в глубоких частях артезианских бассейнов (глубина их залегания достигает 2000-3000 м и более); 2) широкое распространение продуктивных отложений, их относительная выдержанность и высокая водообильность; 3) значительные размеры месторождений и их эксплуатационных запасов; 4)проявление упруговодонапорного режима при эксплуатации; 5) наличие нескольких продуктивных горизонтов в разрезе месторождений; 6) ограниченность участков, в пределах которых рациональна эксплуатация месторождения, и др.

Каждая из перечисленных выше особенностей, характеризующих подземные промышленные воды, определяет особый подход при поисках и разведке их месторождений. Так, глубокое залегание продуктивного пласта и наличие в разрезе месторождения нескольких промышленных горизонтов обусловливает необходимость бурения глубоких дорогостоящих скважин и сложное геолого-гидрогеологическое опробование их, обеспечения возможности использования поисковых скважин для разведки, а разведочных для эксплуатации, широкого привлечения материалов региональных исследований и использования нефтяных и газовых скважин в поисково-разведочных целях. Широкое региональное распространение продуктивных отложений, большая глубина их залегания и особенности формирования эксплуатационных запасов при упруговодонапорном режиме эксплуатации приводят к необходимости изучения гидрогеологических параметров водоносных отложений на значительной территории их распространения и выявления геолого-структурных особенностей для установления границ эксплуатационных участков и т. д.

Функции поисковых, разведочных, разведочно-эксплуатационных и эксплуатационных скважин при исследовании промышленных вод особенно весомы и разнообразны. По результатам изучения разрезов скважин в процессе бурения (исследования керна, шлама, глинистого раствора, механический каротаж, геофизические исследования, специальные методы) и последующему их опробованию решаются задачи по стратиграфическому, литологическому и гидрогеологическому расчленению продуктивной части разреза, оценке физических свойств, химического и газового состава подземных вод, выявлению геохимической обстановки участка, коллекторских свойств продуктивных горизонтов, условий эксплуатации скважин, определению технологических показателей промышленных вод и т. д.

Наиболее целесообразными методами оценки эксплуатационных запасов являются гидродинамический, моделирование и реже гидравлические. Для месторождений промышленных вод крупных артезианских бассейнов платформенных областей и средних артезианских бассейнов краевых и предгорных прогибов, характеризующихся широким региональным распространением продуктивных горизонтов и сравнительно простыми гидрогеологическими условиями, наиболее целесообразно применение гидродинамических методов. Правомерность схематизации отдельных элементов гидрогеологических условий может быть обоснована результатами моделирования, опытными данными и т. д. При значительной степени изученности месторождения возможна оценка эксплуатационных запасов методами моделирования.

Для месторождений промышленных вод геосинклинальных областей, характеризующихся невыдержанностью продуктивных горизонтов и сложными гидрогеологическими условиями (неоднородность, наличие контуров питания, выклинивания, смещений и т. д.), целесообразно комплексное применение гидродинамических и гидравлических методов оценки эксплуатационных запасов. При значительной степени изученности возможно применение гидродинамических методов и моделирования, а на отдельных месторождениях в качестве самостоятельного метода оценки эксплуатационных запасов может быть рекомендован метод моделирования.

Существенное значение в геолого-промышленной оценке место-рождений промышленных и термальных вод и выборе путей их рационального народнохозяйственного использования имеют технико-экономические расчеты и обоснования. Принципы таких расчетов и обоснований были изложены ранее (см. гл. IX, § 2 и 3) и детально рассмотрены в методическом пособии (5).

При разведке, геолого-промышленной оценке и обосновании проектов разработки месторождений промышленных вод следует иметь в виду возможность эксплуатации промышленных вод в условиях поддержания пластового давления (ППД). Возможность и целесообразность применения этого способа определяются отсутствием в настоящее время водоподъемного оборудования, обеспечивающего эксплуатацию скважин при понижениях уровня более 300 м от поверхности земли и дебитах скважин 500-1000 м 3 /сут и более, а также большими трудностями в организации сброса отработанных вод поверхностным путем (большая стоимость очистки сточных вод, отсутствие объектов для сброса вод или их большая удаленность и т. д.). В таких условиях способ эксплуатации промышленных вод с обратной закачкой отработанных вод в продуктивные пласты и поддержанием в них необходимого пластового давления представляется наиболее выгодным. При этом наряду с поддержанием благоприятных условий эксплуатации скважин (высокий динамический уровень, возможность использования различных видов водоподъемного оборудования большой производительности, постоянство режима эксплуатации и т. д.) обеспечивается утилизация отработанных предприятием вод, создаются возможности существенного увеличения эксплуатационных запасов и более полной сработки естественных запасов промышленных вод, исключается загрязнение поверхностных водотоков и т. д.

Оценка эксплуатационных запасов промышленных вод и проектирование их разработки возможны лишь на основе учета и соответствующего прогноза условий работы эксплуатационных и нагнетательных скважин, характера и темпов продвижения закачиваемых в продуктивные пласты некондиционных вод (с обязательным учетом влияния неоднородности коллекторских свойств), оценки масштабов разубоживания промышленных вод, обоснования наиболее рациональной схемы размещения водозаборных и нагнетательных скважин. Для решения указанных задач может возникнуть необходимость в постановке специальных опытных работ и испытаний скважин, применении моделирования для осуществления гидродинамических и гидрогеохимических прогнозов процесса раз-работки месторождения, разработки эффективных средств контроля и управления процессом эксплуатации водозаборных и нагнетательных скважин.

Термальные воды. К термальным относят воды с температурой выше 37° С (на практике нередко учитывают и воды с температурой более 20°С). Подземные воды с температурой выше 100°С относят к парогидротермам (8-10).

Термальные воды широко распространены на территории СССР. Залегают они обычно на значительных глубинах в пределах платформенных и горно-складчатых областей, а также в областях молодого и современного вулканизма. Во многих районах термальные воды являются одновременно и минеральными (т. е. имеют бальнеологическую ценность), а нередко и промышленными (вернее, все промышленные подземные воды являются термальными). Это обстоятельство предопределяет большие перспективы их комплексного народнохозяйственного использования.

Прекрасный сказочный город Теплогорск с чистым воздухом и улицами, с термальными плавательными бассейнами, геотермальной электростанцией, обогреваемыми улицами, вечнозеленым парком, субтропической растительностью и целебными ваннами в домах, описанный в книге И. М. Дворова «Глубинное тепло Земли»,- это не сказка, а завтрашняя реальность, которая воплотится в жизнь благодаря использованию термальных подземных вод. Теплогорск - это прообраз городов ближайшего будущего на Камчатке, Чукотке и Курильских островах, в Западной Сибири и многих других районах СССР.

Термальные воды используются в теплоэнергетике, отоплении, для горячего водоснабжения, хладоснабжения (создания высокоэффективных холодильных установок), в парниково-тепличном хозяйстве, в бальнеологии и т. д. (4, 6, 9). Перспективы использования термальных вод на территории СССР нашли отображение на схематической карте, представленной на рис. 7 (см. гл. II).

По предварительным подсчетам (4) прогнозные запасы термальных вод (до глубины залегания 3500 м) на территории СССР составляют 19 750 тыс. м 3 /сут, а эксплуатационные - 7900 тыс. м 3 /сут. С увеличением глубин бурения скважин на термальные воды может существенно возрасти их теплоэнергетический потенциал.

Для разведки и оценки эксплуатационных запасов месторождения термальных вод могут быть типизированы следующим образом:

1) месторождения артезианских бассейнов платформенного типа,

2) месторождения артезианских бассейнов предгорных прогибов и межгорных впадин, 3) месторождения трещинных систем изверженных и метаморфических пород, 4) месторождения трещинных систем вулканических и вулканогенно-осадочных пород.

Месторождения термальных вод первых двух типов аналогичны соответствующим типам месторождений промышленных вод, особенности поисков и разведки которых были рассмотрены ранее. Для оценки эксплуатационных запасов термальных вод таких месторождений наиболее эффективен гидродинамический метод.

Месторождения трещинных систем изверженных и метаморфических пород, омоложенных горно-складчатых систем характеризуются выходами термальных вод по линиям тектонических нарушений, незначительными естественными запасами термальных вод, влиянием на их режим и условия движения вышезалегающих подземных вод. Поэтому на стадии поисков здесь целесообразны крупномасштабная структурно-гидрогеологическая и термометрическая съемки (выявление тектонических нарушений, зон трещиноватости, зон движения термальных вод и т. д.). В скважинах целесообразно проведение комплекса термометрических и геофизических исследований и их зонального гидрогеологического опробования. На стадии предварительной разведки закладываются, исследуются и опробуются длительными опытно-эксплуатационными откачками (выпусками) разведочно-эксплуатационные скважины (с систематическими наблюдениями за режимом расходов, уровней, температуры, химического состава подземных вод). Эксплуатационные запасы лучше оценивать гидравлическим методом, совмещая предварительную разведку с детальной. При возможности подтягивания в процессе эксплуатации некондиционных по температуре вод целесообразно предварительно заложить наблюдательные скважины по створу, проходящему через зону разгрузки термальных вод.

Месторождения трещинных систем районов современного и недавнего вулканизма отличаются небольшой глубиной залегания, высокой температурой и небольшой минерализацией термальных вод, наличием многочисленных термоаномалий, трещиноватостью коллекторов, проявлением парагидротерм (характеризуются температурой, дебитом, давлением пара и уровнем воды, определяющими высоту выброса воды и пара). На стадии поисков эффективны аэрофотосъемка, поверхностная термометрическая съемка (измерение температуры в источниках, поверхностных водоемах, грязевых котлах и т. д.), гидрогеологическая съемка, геофизические исследования. Месторождения и участки оконтуривают с помощью геотермических карт и профилей. Разведочные скважины размещают вдоль установленных тектонических нарушений, к которым приурочены очаги разгрузки парогидротерм.

Эксплуатационные запасы оценивают обычно гидравлическим методом. Для оценки парогидротерм необходимо прогнозировать все характеризующие их компоненты (температуру, расход пара и его давление, уровень воды).

К специфическим вопросам, требующим своего решения при оценке эксплуатационных запасов термальных вод, относятся следующие: 1) прогноз температуры воды на устье эксплуатационной скважины (по термометрическим наблюдениям по стволу скважины и с помощью аналитических решений), 2) оценка и учет влияния газового фактора (измерение газового фактора и введение поправок при определении и прогнозах положения уровней воды), 3) расчеты и прогнозы по подтягиванию контуров холодных вод из областей питания и разгрузки подземных вод.

Детально вопросы поисков, разведки и геолого-промышленной оценки месторождений термальных вод рассмотрены в руководствах (6,8-10).

ЛИТЕРАТУРА

1.Вартанян Г. С, Яроцкий Л. А. Поиски, разведка и оценка эксплуатационных запасов месторождений минеральных вод (методическое руководство). М., «Недра», 1972, 127 с.

2.Вартанян Г. С. Поиски и разведка месторождений минеральных вод в трещинных массивах. М., «Недра», 1973, 96 с.

3.Воды минеральные питьевые, лечебные и лечебно-столовые. ГОСТ 13273-73. М., Стандартгиз, 1975, 33 с.

4.Дворов И. М. Глубинное тепло Земли. М., «Наука», 1972, 206 с.

5.Изыскания и оценка запасов промышленных подземных вод (методическое пособие). М, «Недра», 1971, 244 с.

6.Маврицкий Б. Ф., Антоненко Г. К. Опыт исследования, разведки и использования в практических целях термальных вод в СССР и за рубежом. М., «Недра», 1967, 178 с.

7.Овчинников А. М. Минеральные воды. Изд. 2-е. М., Гоеолтехиздат. 1963, 375 с.

8.Справочное руководство гидрогеолога. Изд. 2-е, т. 1. Л., «Недра», 1967, 592 с.

9.Фролов Н. М., Гидрогеотермия. М., «Недра», 1968, 316 с.

10.Фролов Н. М., Язвин Л. С. Поиски, разведка и оценка эксплуатационных запасов термальных вод. М., 1969, 176 с.

11. Швец В. М. Органические вещества подземных вод. М., «Недра», 1973, 192 с.

12. Щербаков А. В. Геохимия термальных вод. М., «Наука», 1968, 234 с.